3

Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей

МАТЕРИАЛЫ К СЕМИНАРУ « ТЕПЛООБМЕН ПРИ кипении

однокомпонентных жидкостей»

Программа

Механизм переноса теплоты при кипении. Влияние смачиваемости стенки жидкостью, краевой угол. Рост, отрыв и движение пузырей пара. Минимальный радиус центра парообразования; число действующих центров парообразования. Режимы кипения жидкости в большом объеме. Первая и вторая критические плотности теплового потока. Расчет критических тепловых нагрузок. Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления, физических свойств жидкости, состояния поверхности и других факторов при кипении в большом объеме. Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме.

Теплообмен при кипении жидкости в трубах; зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости циркуляции, плотности теплового потока и других факторов. Расчет теплоотдачи в трубах.

Литература: [1, гл. 13, § 13.1 – 13.5, 13.9, 13.10]

Методические указания

Изучите классификацию процессов кипения, а для каждого элемента этой сложной классификации – методику определения коэффициентов теплоотдачи, плотности теплового потока или температуры стенки, иногда температуры перегрева жидкости.

Заинтересованность в высокой интенсивности теплообмена заставляет обратить внимание особенно на пузырьковый режим кипения. Однако, именно для этой области кипения пока не существует строгой теории. Поэтому, а также вследствие опечаток в ряде изданий, формулы для расчета теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении различных жидкостей, в том числе и воды, иногда отличаются друг от друга, так что результаты вычислений по ним существенно не совпадают. Поэтому рекомендуется пользоваться следующими формулами для пузырькового кипения в неограниченном объеме (все величины, входящие в них, выражены в единицах СИ). Для произвольных жидкостей – формула Кутателадзе:

α = 7,0 ·10^-4 λ_ж · · Рr_ж ^{– 0,35} ,

где значение в первых скобках выражается в м ^-2, во вторых скобках – безразмерно;

g = 9,81м/с²;

ρ_ж , ρ_п – плотности кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м³;

λ_ж – коэффициент теплопроводности кипящей жидкости, Вт/(м · К);

σ_ж – ее поверхностное натяжение, Н/м²;

а_ж – ее коэффициент температуропроводности, м²/с;

р_н – ее давление насыщения, Па;

r – удельная теплота испарения, Дж/кг;

q – интенсивность теплоотдачи, Вт/м²;

Рr_ж – число Прандтля жидкости.

Контроль за единицами величин, подставляемых в формулу, должен быть особенно тщательным.

Определив коэффициент теплоотдачи α по этой формуле для заданного значения q, получают возможность вычислить и температурный напор:

t_c – t_{н =} q/ α

Более простая и точная (±35%) формула теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применимая только для воды, рекомендована Михеевым. С учетом последующего уточнения (см. Рассохин Н.Г., Шведов Р.С., Кузьмин А.В. Расчет теплоотдачи при кипении. Теплоэнергетика, 1970, № 9, с. 58 – 59) она имеет вид:

При 0,1 МПа ≤ р≤3 МПа α = 6,0 р^1/5 · q^2/3

При 3 МПа ≤ р≤20 МПа α = 3,33 р^3/4 · q^2/3

где α – Вт/(м² · К), р – МПа, q – Вт/м².

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что увеличение критического радиуса парового пузырька способствует увеличению коэффициента теплоотдачи?

2. Верно ли, что удельная поверхностная работа и поверхностное натяжение имеют одинаковые единицы?

3. Верно ли, что увеличение краевого угла θ свидетельствует об ухудшении смачиваемости?

4. Может ли локальное ухудшение смачиваемости повлечь интенсификацию образования паровых пузырьков?

5. Одинаковы ли процессы перехода от пузырькового к пленочному режиму кипения в случаях регулируемой температуры стенки и регулируемой плотности теплового потока?

6. Можно ли приведенную скорость парообразования выражать в метрах в секунду (м/с)?

7. Всегда ли температура кипящей жидкости выше, чем температура в пузырьке пара?

8. Одинаковы ли единицы массового и объемного расходных паросодержаний?

9. Может ли увеличиваться первая критическая плотность теплового потока вслед за повышением давления кипящей жидкости?

10. Можно ли формулу α = 3,33 р^3/4 · q^2/3 применять для расчета теплоотдачи при пленочном режиме кипения?

11. Можно ли формулу α = 6,0 р^1/5 · q^2/3 применять для расчета теплоотдачи при пузырьковом режиме кипения воды, при давлениях 0,1…3 МПа?

12. Увеличивается ли коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении по мере роста давления в интервале 0,1…20 МПа?

13. Всегда ли увеличивается первая критическая плотность теплового потока вслед за повышением давления кипящей жидкости?

14*. Могут ли предельные значения первого критического температурного напора возрастать вслед за повышением давления кипящей воды?

Основная литература:

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1981. – 416 с.

2.Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. М.: Энергоиздат,1980.

ЗАДАНИЕ «Теплообмен при кипении и конденсации»

Ответить на вопросы самопроверки (кратко: да, нет + пояснение одним предложением), решить задачи 2:

№ 9-6 t_с=(265+0,5 №_вар) С; № 9-11 G=(2+0,5 №_вар) т/ч;

№ 9-19 q=(1,5+0,05 №_вар) 10³ Вт/м²

и оформить как РГР.

----------------------------------

* - N_вар соответствует двум последним цифрам шифра.