Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества.

Теплоотдача при кипении. Обычно считают, что жидкость закипает при температуре , равной температуре выходящего из неё насыщенного пара, давление которого равно давлению жидкости . Однако это не так. При пузыри пара в жидкости существовать не могут, и теплоотдача идёт ещё по законам естественной конвекции. Дело в том, что давление насыщенного пара внутри пузырей должно уравновешивать не только давление жидкости, но и силы поверхностного натяжения, сжимающие пузырь подобно упругой оболочке. А если поскольку более высокому давлению пара в насыщенном состоянии соответствует более высокая температура. Естественно, что и температура жидкости внутри которой образуются пузыри, должна быть по меньшей мере равна Таким образом, перегрев жидкости необходимый для её закипания однозначно определяется давлением Δp, создаваемым силами поверхностного натяжения.

Для определения Δp рассмотрим схему на рис. 15.7.

Рис. 15.7. Силы, действующие на сферический паровой пузырь в кипящей жидкости.

Силу поверхностного натяжения приравняем вертикальной проекции сил давления (они действуют по полусфере):

Отсюда получим:

В действительности зародышами пузырей являются пузырьки газа. Газ в пузырьках только сжимается под действием сил поверхностного натяжения ( он не может конденсироваться), поэтому критического радиуса для газовых пузырьков не существует.

Эмпирическая зависимость для определения коэффициента теплоотдачи при кипении имеет вид:

Особое внимание следует уделить кризису режима кипения (см. рис. 15.8; рис. 15.9).

Рис. 15.8. Схема зарождения паровых пузырьков в микротрещине обогреваемой поверхности (а) и распределение температур по высоте сосуда с кипящей водой (б).

Рис. 15.9. Зависимость плотности теплового потока и коэффициента теплоотдачи от перегрева стенки

Теплоотдача при конденсации. Пар конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние, на поверхности теплообмена, температура которой ниже температуры насыщения. Различают капельную и плёночную конденсацию. Рассмотрим простейший случай конденсации на вертикальной поверхности (рис. 15.10).

По мере стекания вдоль оси х количество конденсата увеличивается, соответственно возрастают толщина плёнки и средняя по толщине скорость течения конденсата. При значениях Re>400, ламинарное течение переходит в турбулентное. Аналитическое решение Нуссельта для расчёта коэффициента теплоотдачи при ламинарном течение имеет вид:

где r- теплота парообразования, кДж/кг. По мере стекания конденсата вдоль оси х из-за возрастания толщины его плёнки. Среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности высотой Н

Лекция №16 лучистый теплообмен Описание процесса и основные определения

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны и частотой . При этом волны распространяются со скоростью света Излучение при длинах волн от 0,8 до 80 мкм принято называть тепловым (инфракрасным) излучением.

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения Е, .

Поскольку свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу, между ними много общего. Часть энергии излучения падающей на тело (рис.16.1), поглощается ( , часть отражается и часть проникает сквозь него

Рис. 16.1. Распределение энергии излучения, падающей на тело.

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

А+R+D=1. (16.1)

А-коэффициент поглощения, R-коэффициент отражения, D-коэффициент пропускания. Тело поглощающее всё падающее на него излучение, называется абсолютно чёрным. Тела для которых коэффициент 0<A<1 называются серыми. Для белых тел R=1, для абсолютно прозрачных D=1.

В большинстве твёрдых и жидких тел поглощение тепловых лучей завершается в тонком поверхностном слое, т.е. не зависит от толщины тела. Для этих тел тепловое излучение обычно рассматривается как поверхностное явление. В газе процесс лучистого теплообмена носит объёмный характер. Коэффициент поглощения газа зависит от размеров («толщины») газового объёма и давления газа, т.е. концентрации молекул.