книги из ГПНТБ / Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие

место дополнительный перенос массы вещества и тепла паровыми пузырями из пограничного слоя в объем жид­ кости. Для возникновения процесса кипения жидкость должна быть перегрета относительно температуры насыще­ ния. Наибольший перегрев жидкости наблюдается непосред­ ственно у обогреваемой поверхности. Исследования пока­ зывают, что пузырьки пара образуются только в опреде­ ленных точках поверхности нагрева, называемых центра­ ми парообразования. Центрами парообразования могут быть неровности стенки, частицы накипи, пузырьки воз­ духа и др. При пузырьковом кипении основной поток теп­ ла от поверхности нагрева передается жидкости, так как она по сравнению с паром обладает более высокой тепло­ проводностью. Периодическое появление, рост и отрыв паровых пузырей вызывает интенсивную турбулизацию жид­ кости и разрушение пограничного слоя, что приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи по сравнению с геплообменом при конвекции однофазной жидкости.

Рассмотрим условия образования паровых пузырей на

При образовании пузырька на него действуют силы дав­

сферической формы условие равновесия этих сил выражает­ ся формулой

360

Образование пузырьков происходит в жидкости, пере­ гретой относительно температуры насыщения на некоторую

зыря на давление насыщения) можно найти как температуру

5соответствии с законом Клапейрона-Клазнуса

/Л

361

парообразования растет, что приводит к более интенсив­ ному перемешиванию жидкости в пограничном слое и уве-

362

личению коэффициента теплоотдачи.

Зародившись, пузырьки пара быстро растут и, достиг­ нув некоторого определенного диаметра, отрываются от поверхности. Их размер в момент отрыва определяется взаимодействием силы тяжести, поверхностного натяже­ ния и конвекции окружающей жидкости. Образование пу­ зырьков и их отрыв от поверхности сильно зависят так­ же от степени смачиваемости поверхности жидкостью. Смачивающая способность жидкости характеризуется кра­

ван. Объем пузырька перед отрывом в статических услови­

пузырька перед отрывом от поверхности.

Как видно из формулы (8 .6 ), величина отрывного диа­ метра пузыря при кипении зависит от краевого угла сма­

363

стигает 200 000 вт/м2 • град.

Опытами установлено, что пузырьки пара в центрах парообразования появляются с определенной периодично­

При росте и отрыве пузырьков происходит перемешивание жидкости у поверхности и в объеме, что влияет на ин­ тенсивность теплоотдачи. При кипении интенсивность пе­ ремешивания жидкости у поверхности нагрева будет воз­

теплоотдачи будет увеличиваться с увеличением тепловой нагрузки ^ (или температурного напора A t ) и давления. Поэтому эмпирические формулы для расчета

где

365

§45. Использование методов теории подобия для анализа процесса теплообмена при кипении

В. условиях естественной пиркуляпии

Процесс теплоотдачи при кипении жидкости отличается большой сложностью. При анализе условий подобия Г.Н.Кружилин [5 1 ] рассматривал кипение однокомпонентной сма­ чивающей жидкости СQ < 90°) на горизонтальной поверх­ ности. При этом предполагалось, что тепловой поток от поверхности нагрева воспринимается только жидкой фазой, режим кипения пузырьковый и размеры поверхности нагре­ ва велики по сравнению с размерами паровых пузырей.

Для упрощения при математическом описании вначале рассматриваются условия теплоотдачи при действии на по­ верхности нагрева только одного центра парообразования. Для математического описания процесса теплообмена при кипении Г.П.Кружилиным использовались уравнения, опре­ деляющие температурное поле в жидкой фазе, а также урав­ нения движения парового пузыря и теплообмена на границе

367

дТ

-уравнение движения жидкой фазы

-уравнение движения парового пузыря

&

Левая часть уравнения - подъемная сила, действую­ щая на пузырь, правая часть - сила гидравлического сопротивления;

- уравнение теплообмена на границе раздела фаз паржидкость

Левая часть уравнения (8.13) определяет тепловой поток,

368

подводимый к поверхности пузыря за счет теплопроводно­ сти жидкости, правая часть - рост пузыря за счет испа­ рения жидкости с его поверхности.

жидкости при действии одного центра парообразования. Анализ рассмотренной системы уравнений методами теории подобия приводит к следующей критериальной за­

висимости:

Здесь в качестве определяющего размера берется вели-

итемпературой насыщения.

С.С.Кутателадзе [ 38 ] при математическом описании