2. Второй кризис кипения

Когда тепловая нагрузка на поверхности нагрева задана и не зависит от условий теплообмена, обратный переход от пленочного режима кипения к пузырьковому происходит при минимальной тепловой нагрузки _.

Этот переход также носит кризисный характер: паровая пленка внезапно разрушается и температура поверхности скачкообразно снижается.

Минимальная тепловая нагрузка при пленочном режиме кипения жидкости называется второй критической плотностью теплового потока и обозначается . А соответствующий ей температурный напор, отвечающий точке минимумана кривой кипения, есть .

Значение при кипении насыщенной жидкости в большом объеме существенно меньше, чем.

,

где - эмпирический коэффициент.

При свободной конвекции: .

Вторые критические нагрузки зависят от рода жидкости, размеров поверхности, давления, шероховатости поверхности и др.

Для воды при атмосферном давлении (кипение на поверхности горизонтальных труб).

В зависимости от диаметра труб изменяется по закону:

.

Критическая приведенная скорость парообразования пропорциональна скорости всплывания больших деформированных пузырей пара:

.

5.3.Пузырьковое кипение

5.3.1.Пузырьковое кипение жидкости в неограниченном объеме

Структура двухфазного потока зависит от геометрических свойств системы.

В каждый момент времени внутри кипящей жидкости находится определенное количество пара в виде всплывающих пузырьков, вследствие этого объем двухфазной жидкости как бы набухает и положение зеркала испарения несколько поднимается.

Если внутри жидкости в форме всплывающих пузырьков находится масса пара , а масса остальной жидкости -, то объем двухфазной жидкости:

.

При расчете теплообмена кипящей жидкости используются следующие понятия:

1. объемное паросодержание – отношение объема пара к объему смеси:

;

2. массовое паросодержание (расходное):

;

3. скорость всплывания больших пузырьков в малоподвижной жидкости:

.

Эта величина составляет несколько и зависит от подъемной архимедовой силы, поверхностного натяженияи плотности жидкости.

Эта скорость превышает скорость всплывания мелких пузырьков.

Пузырьки малого диаметра при всплывании имеют скорость движения, определяемую законом вязкостного сопротивления:

,

где - коэффициент, зависящий от наличия в жидкости поверхностно-активных примесей.

Если вся подводимая теплота расходуется на парообразование, то скорость отвода пара от зеркала испарения (со свободной поверхности) определяется из уравнения теплового баланса:

,

где - приведенная скорость парообразования;

- плотность подводимого теплового потока.

5.3.2.Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в неограниченном объеме

Для расчета теплоотдачи используют модель, предложенную Кружилиным,

Согласно которой уравнение при кипении жидкости в неограниченном объеме можно представить в следующем виде:

;

при ;

при .

Числа подобия определяются следующим образом:

;

,

- коэффициенты кинематической вязкости и теплопроводности жидкости;

- коэффициент поверхностного натяжения;

- характеристический, линейный размер для паровой фазы;

- приведенная скорость парообразования.

;

.

Все параметры при расчете чисел подобия определяются по температуре насыщения, причем значения приводятся в соответствующих таблицах и выбираются в зависимости от температуры.

Приведенная формула используется в следующих диапазонах:

При значениях и:

(- скорость циркуляции);

% - объемное (расходное) паросодержание.