Теплоотдача при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме
В результате такого подхода было получено для средней теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости такое эмпирическое уравнение (уравнение В. И. Толубинского)
(13-50)
где
- число Нуссельта, которое является
определяемым числом подобия;
- критерий
Прандтля, учитывающий теплофизические
свойства жидкой фазы;
- комплексный
критерий, учитывающий влияние на
теплоотдачу основных режимных параметров,
а именно
и Р.
В записи комплексного критерия К содержится скорость парообразования
;
Таким
образом, критерии К
можно рассматривать как отношение
скорости парообразования к скорости
роста паровых пузырьков (
).
В
уравнении Толубинского (13-50)
.
А в качестве
,
которая пропорциональна отрывному
диаметру пузырька
.
(13-51)
Уравнение Толубинского справедливо в интервале К = 0,05÷20.
2. Уравнение с.С. Кутателадзе
Автор исходил из допущения о том, что тепловой поток от стенки вначале полностью воспринимается жидкой фазой. А затем происходит испарение жидкости в объем паровых пузырьков.
Для получения системы чисел подобия было выполнено раздельное математическое описание процессов для жидкой и паровой фазы, которое было дополнено условиями взаимодействия на поверхности раздела фаз и соответствующими условиями однозначности.
Результатом такого подхода явилось уравнение подобия для теплоотдачи при кипении такого вида
,
где - число Нуссельта;
-
число Рейнольдса, в котором
в качестве скорости фигурирует скорость
парообразования
;
-
критерий давления;
- критерий Прандтля, учитывающий теплофизические свойства жидкой фазы.
Эмпирическое уравнение подобия для средней теплоотдачи при кипении, полученное С.С. Кутателадзе, имеет вид:
(13-52)
,
(см. 13 - 51)
.
Уравнение (13-52) справедливо для следующего диапазона изменения значений критериев:
;
.
В
уравнении Кутателадзе в отличие от
уравнения Толубинского учет влияния
на теплоотдачу основных режимных
параметров, а именно
и Р,
осуществляется
с помощью двух критериев
и
.
А в уравнении
Толубинского эти факторы учитываются
с помощью одного комплексного критерия
К.
3. Формула д.А. Лабунцова
Исследуя процесс зарождения паровых пузырьков и скорость их дальнейшего роста, автор пришел к выводу, что высокая интенсивность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении обусловлена интенсивными пульсациями частиц жидкости непосредственно у поверхности нагрева. В итоге было предложено уравнение следующего вида:
;
;
;
-
определяющий размер. Его величина была
выбрана следующим образом. На основе
балансового соотношения для единицы
объема жидкой и паровой фазы можно
записать, что
~
;
откуда
~
Подставим полученную величину в выражение для критического радиуса парового пузырька (см. (13-47))
(13-47)
и получим
.
Величина пропорциональная радиусу парового пузырька в момент его зарождения и принята в качестве определяющего размера
(13-53)
Эмпирическое уравнение Лабунцова имеет следующий вид:
(13-54)
;
.
Величины
с
и m
определяются в зависимости от численного
значения
.
Если
.
Уравнение (13-54) справедливо для такого диапазона параметров:
В практике инженерных расчетов, кроме эмпирических уравнений используются также так называемые расчетные формулы, которые в явном виде устанавливают связь между коэффициентом теплоотдачи с одной стороны и основными режимными параметрами с другой стороны. Эти формулы имеют вид:
;
.