36. Залежнасць цеплавой плыні і каэфіцыента цеплааддачы ад тэмпературнага напору (крывая кіпення). Крызісы кіпення.

37. Уплыўрозных фактараў на цеплааддачу пры кіпенні.

зависит от теплофизических свойств жидкости, от физико-химических свойств системы жидкость — поверхность нагрева, микрошероховатости поверхности нагрева, давления (температуры) насыщения и от температурного напора (или плотности теплового потока). на интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении влияет еще целый ряд факторов. К ним относятся величина недогрева жидкости, уровень жидкости над поверхностью нагрева, характер движения жидкости, ускорение свободного падения и др.

Влияние уровня жидкости. При пузырьковом кипении влияние уровня практически не сказывается на интенсивности теп­лообмена до тех пор, пока слой жидкости над теплоотдающей поверхностью не превращается в пленку, толщина которой соизме­рима с отрывным диаметром пузыря.

Влияние шероховатости теплоотдающей поверхности. В процессе кипения паровые пузыри, возникнове­ний которых способствует интенсификации теплообмена, всегда зарождаются на теплоотдающей поверхности, поэтому состояние последней (чистота, шерховатость), а также ее физико-химические и теплофизические свойства при определенных условиях могут оказывать заметное влияние на интенсивность теплообмена. При прочих равных условиях число действующих центров парообразо­вания зависит от формы и размеров микровпадин, т. е. от микрогео­метрии (шероховатости) теплоотдающей поверхности. С повышением класса чистоты обработки поверхности уменьшаются разме­ры микровпадин, поэтому при прочих равных условиях число активных зародышей паровой фазы и соответственно коэффициент теплоотдачи на гладкой поверхности оказываются меньше, чем на шероховатой.

Влияние физико-химических и теплофизических свойств теплоотдающей поверхности. При за­рождении паровых пузырьков затрачивается энергия на совершение работы против сил адгезии (работа, обусловленная образова­нием на твердой стенке поверхности раздела между фазами, зави­сящая от физико-химических свойств поверхности и свойств кипя­щей жидкости). Поэтому при прочих равных условиях интенсив­ность теплоотдачи к жидкости, кипящей на поверхностях нагрева, выполненных из разных материалов, может быть различной. Од­нако для таких поверхностей, как нержавеющая сталь, латунь, хромированная медь, интенсивность теплообмена оказывается практически одинаковой.

38. Цеплааддача пры пузырковым кіпенні ў вялікім аб’ёме пры ўмовах свабоднай канвекцыі.

39. Цеплааддача пры кіпенні на гарызантальных пучках труб.

В некоторых теплообменных аппаратах, в том числе и в испари­телях холодильных машин, кипение осуществляется на пучке го­ризонтальных труб, погруженных в объем жидкости. В этом случае образующаяся парожидкостная смесь в зоне пучка поднимается вверх, а жидкость в пространстве между корпусом аппарата и трубами опускается вниз. Возникает своеобразный цир­куляционный контур.

При невысоких плотностях теплового потока (q≤10÷15 кВт/м²) и низких давлениях (р~10⁵ Па) теплоотдача при кипении на пуч­ках горизонтальных труб оказывается более интенсивной, чем при кипении в большом объеме на одиночной трубе, причем коэффициент теплоотдачи возрастает при переходе от ряда к ряду снизу вверх. Механизм этого явления можно представить следующим образом.

Паровые пузырьки, поднимающиеся с нижних рядов на верхние, вносят дополнительные турбулентные возмущения в пограничный слой, причем воздействие этих возмущений увеличивается, так как количество пузырьков возрастает при переходе к каждому последу­ющему ряду снизу вверх. Кроме того, поднимающиеся паровые пу­зырьки, врываясь в перегретый слой жидкости у поверхности трубы, служат дополнительными центрами парообразования. Размеры этих центров много больше R_min, а, следовательно, процесс испарения в них жидкости может происходить при меньших перегревах, чем при кипении на одиночной трубе. Таким образом интенсифициру­ется процесс парообразования на каждой трубе.

Эксперименты, проведенные с холодильными агентами, показы­вают, что и при кипении их на пучке труб могут быть выделены зоны свободной конвекции, неразвитого и развитого кипения. В первой и второй зонах влияние пучка положительно, т. е. локальные (для данного ряда) коэффициенты теплоотдачи возрастают от ряда к ряду, причем средние а для пучка выше, чем для одиночной трубы. В зоне развитого кипения эффект пучка практически не сказывается, а при высоких 7 и большом числе рядов возможно даже ухудшение теплоотдачи в верхних рядах («запаривание»).

Наличие того или иного режима кипения в каждом ряду пучка, как и для кипения в большом объеме, определяется теплофизиче­скими свойствами жидкости, давлением, значением q (или Δt), а кроме того, зависит от скорости циркуляции и номера ряда.

Наибольший практический интерес изучение теплоотдачи при кипении в пучках имеет для аппаратов холодильной и криогенной техники, работающих при малых температурных напорах между охлаждаемой средой и кипящим холодильным агентом. Аналити­ческого решения этой задачи в настоящее время не существует.

Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи пучка можно применить зависимость

α_пуч=αε_п (1)

Здесь α рассчитывается по уравнению (1); ε_п — коэффициент, учи­тывающий влияние пучка.

В общем случае ε_п зависит от свойств жидкости, давления, ге­ометрических параметров пучка, плотности теплового потока и чис­ла рядов по высоте пучка.

40. Асаблівасці руху і цеплааддачы пры кіпенні вадкасці ўнутры труб.

Теплообмен между поверхностью трубы и движущейся в ней кипящей жидкостью осуществляется двумя механизмами: механизмом, обусловленным процессом парообразования, и механизмом конвективного переноса теплоты при вынужденном движении однофазной среды. Поэтому значение коэффициента теплоотдачи зависит от интенсивности совокупного действия обоих процессов. Степень влияния каждого из них зависит от турбулентных возмущений, вносимых и вынужденным движением, и парообразованием, иначе говоря, от соотношения значений скорости вынужденного движения ɷ и плотности теплового потока q (или температурного напора Δt).

Кроме того, интенсивность теплоотдачи при кипении внутри труб в большой степени зависит от режима течения двухфазного потока. Так, при расслоенном течении в горизонтальной трубе значение коэффициента теплоотдачи в нижней части трубы, занятой кипящей жидкостью, определяется интенсивностью парообразования и вынужденной конвекции, а в верхней — конвективным теплообменом между паром и стенкой.

При пузырьковом, вспененном и снарядном режимах механизм парообразования будет реализовываться как путем зарождения, роста и отрыва пузырьков на стенке трубы, как и путем испарения на границе раздела фаз в объеме жидкости.

При кольцевом режиме течения теплота через жидкую пленку, примыкающую к стенке, передается путем теплопроводности и кон­векции к границе раздела фаз, где происходит процесс парообразования (испарение жидкости). Основным термическим сопротивле­нием в этом случае является сопротивление пленки жидкости, а его величина зависит от степени турбулентности и толщины пленки. Термическое сопротивление пленки может иметь весьма малое значение, а разность между температурой стенки и локальной температурой насыщения в паровом ядре может быть даже меньше значе­ния, необходимого для пузырькового кипения. Коэффициент теплоотдачи в этом случае может иметь значения, существенно более высокие, чем при развитом пузырьковом кипении.

При движении кипящей жидкости по длине трубы происходит смена режимов течения, а, следовательно, изменяются механизм и интенсивность теплоотдачи. При разных режимах течения на коэффициент теплоотдачи влияют различные факторы. Так, при пузырьковом и снарядном режимах течения α при прочих равных условиях зависит от плотности теплового потока и скорости вынужденного течения и не зависит от паросодержания х. Это же относится и к теплоотдаче при расслоенном режиме течения на Рис. 7.14. Коэффициенты

q, кВт/м² lgp

теплоотдачи при различных режимах двухфазного потока R12 в горизонтальной трубе:

снарядный режим (х=0,01; β = 0,62): 1 — ɷ_о=0,3 м/с; 2 — 0,158 м/с; 3 — 0,062 м/с; 4 — 0,035 м/с; 5 — кипение в большом объеме; дисперсно-кольцевой режим (х=0,4; β = 0,99): 6 — ɷ_о = 0,3 м/с; 7 — 0,158 м/с

Рис. 7.15. Характер совместного влияния плотности теплового потока и скорости циркуляции на кипение внутри трубы (линия 1 — зависимость а от при ки­пении в большом объеме)

части трубы, омы­ваемой кипящей жидкостью. При кольцевом и дисперсно-кольцевом режимах α=f(ɷ, q, х), т. е. к факторам, определяющим а, кроме ɷ и q относятся еще массовое паросодержание х или β (более строго — истинное паросодержание φ). Различный характер влияния q на α при снарядном и дисперсно-кольцевом режиме ил­люстрируется рис. 7.14, где приведены данные ЛТИХПа, полученные в опытах с R12, кипящим в горизонтальной трубе (dвн=10 мм) при t_н=-18°С.

С возрастанием х начинается высыхание пленки жидкости и коэффициент теплоотдачи резко падает; наступает режим ухудшен­ного теплообмена. Точное описание теплоотдачи при кипении в трубах может быть осуществлено при рассмотрении каждого из режимов течения в отдельности с учетом истинных параметров двухфазного потока. Для этого необходимо уметь предсказывать режимы течения при задан­ных условиях работы аппарата и рассчитывать φ или s.

Для группы режимов, при которых теплоотдача не зависит от паросодержания, качественный характер совместного влияния ки­пения и вынужденного движения на теплоотдачу можно описать с помощью диаграммы, предложенной С. С. Кутателадзе (рис. 7.15). Линия 1 соответствует кипению в большом объеме при ɷ=0. При скорости циркуляции ɷ0=ɷ1 и малых q теплоотдача не зависит от процесса парообразования, а полностью определяется вынужденной конвекцией. С ростом q влияние кипения начинает сказываться на теплообмене (участок аб) и при некотором определенном q=qб становится преобладающим (точка б). При еще более высоких плот­ностях теплового потока теплоотдача определяется только парообразованием и описывается теми же закономерностями, что и при кипении небольшом объеме (линия бв). С возрастанием скорости циркуляции (ɷ2=ɷ3) значения qб’ и qб’’ соответствующие прекращению ее влияния, увеличиваются.

Таблица 7.4. Значения А в формуле (7.42)

X ол од и л ь н ы й агент

	—30	— 10	0	10	30
R12	0,0536	0,0659	0,0719	0,0776	0,0928
R22	0,0599	0,0738	0,0833	0,0928	0,1170

Для расчета коэффициента теплоотдачи при кипении в условиях вынужденного движения С. С. Кутателадзе предложена простая интерполяционная формула, описывающая все участки кривой Ов на рис. 7.15,

α/α_в=

где α — искомый коэффициент теплоотдачи; αɷ и αq,_; — соответственно коэффи­циенты теплоотдачи при вынужденном движении однофазного потока в трубе и при развитом пузырьковом кипении, когда влияние скорости отсутствует.

Пределы применения формулы (7.41) ограничены β<70%.

Из-за недостаточности экспериментальных данных по локальным коэффициентам теплоотдачи в настоящее время нашли широкое применение частные эмпирические уравнения для расчета средних коэффициентов теплоотдачи по всей длине трубы. Использование таких уравнений может дать достаточно точные для практического применения результаты при идентичности режимов течения в про­ектируемом аппарате и в экспериментах, на основании которых по­лучена расчетная формула.

В частности, ограничения применимости должны включать в себя не только пределы опытных значений q, ɷp и dвн но и значения х_вх и х_вых (либо длину трубы).

Для расчета средних значений коэффициентов теплоотдачи при кипении хладонов К12, К22, К142 в трубе (d_вн=12 мм; I = 1,5 м) при ɷр=504-600 кг/(м²-с) и x_вх=0 может быть использовано урав­нение, полученное С. Н. Богдановым,

α=Aq^0,8(ɷp)^0,2d_вн^-0,2

Величина А =f(t_н) для R12 и R22 приведена в табл. 7.4. Единицы измерения величин, входящих в уравнение: α — кВт/(м²-К); q — кВт/м²; ɷp — кг/(м²-с); d_вн — м.

Выходные значения паросодержания лишь при меньших опытных ɷp и больших q составляли 0,7—0,8. В большинстве случаев x_вых=0,14-0,2.

41. Агульныя ўяўленні пра працэсы плаўлення і зацвердзявання.

Плавление — это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, происходящий с поглощением теплоты. Обратный процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое с выделением теплоты, называют затвердеванием. Процессы плавления и затвердевания широко применяются в химической и пищевой технологии, литейном производстве, строительной технике и др.; их изучение важно для геофизики и геологии. Производство пищевого водного льда, опреснение морской воды и концентрирование соков вымораживанием, замораживание и оттаивание пищевых продуктов, промораживание грунтов для повышения их несущей способности или оттаивание вечной мерзлоты, осуществление попеременного плавления и затвердевания для аккумуляции холода или для поддержания постоянной температуры в термостатах — таков далеко не полный перечень производственных процессов, физическим содержанием которых является затвердевание или плавление. (Отметим, что в отличие от процесса затвердевания других веществ процесс затвердевания чистой воды или воды, содержащейся во влажных материалах, принято называть замораживанием; соответственно плавление воды называют оттаиванием.) Затвердевание и плавление чистых веществ при небольших температурных напорах (точнее, в равновесном процессе) происходят при постоянной для данного давления температуре фазового перехода tф в тонком слое вещества— зоне образования или разрушения кристаллов.

42. Зацвердзяванне (плаўленне) паўабмежаванага масіву пры перадачы цеплыні цеплаправоднасцю.

43. Цеплааддача да рухомай мяжы раздзелу фаз.

44. Асноўныя паняцці цеплавога выпраменьвання. Паглынальная, адбівальная і прапускальная здольнасці цела. Абсалютна чорнае і абсалютна белае целы. Віды прамяністых плыняў.

45. Закон цеплавога выпраменьвання Планка. Закон зруху Вша.