Лекции / Лекция 7
.pdfЛекция №7
Теплообмен при кипении
1.Условия кипения жидкости
2.Типичные способы достижения кипения
3.Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
4.Некоторые характеристики двухфазного потока
5.Режимы течения двухфазного потока
Теплообмен при кипении
1. Условия кипения жидкости
2. Типичные способы достижения кипения
3. Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
Для кипения характерна очень сильная зависимость плотности теплового потока q от перегрева стенки относительно температуры насыщения; это кардинально отличает теплообмен при кипении от однофазной конвекции и от конденсации.
Зависимость q(ΔТ) называют кривой кипения или кривой Нукиямы
по имени японского исследователя, впервые описавшего эту зависимость в 1934 г.
3. Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
Типичная кривая кипения со схематическим изображением механизма теплообмена при различных сочетаниях плотности теплового потока и перегрева стенки Т=Тc–Ts представлена на рис. 6.2 (жидкость в обогреваемом сосуде находится при температуре насыщения).
Рис. 6.2 – Типичная кривая кипения.
3. Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
Участок AB – свободная конвекция – а) на рис. 6.2; q~ΔТ4/3 для турбулентного свободного конвективного движения.
Участок BC – пузырьковое кипение б), в) на рис. 6.2; стенка всегда имеет значительный контакт с жидкостью! q~ΔТ3.
В точке С режим кипения обрывается очень резко и происходит переход в точку D рис. 6.2, д). Процесс перехода от пузырькового кипения к пленочному называется кризисом пузырькового кипения. Прямого контакта стенки и жидкости нет (паровые пузыри отрываются от пленки). Приводит к резкому повышению температуры стенки и разрушению теплопередающей
поверхности («burnout»).
Рис. 6.2 – Схема различных механизмов теплообмена при кипении.
3. Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
Участок EF – разрушение пленки пара и возврат к пузырьковому кипению (кризис пленочного кипения).
Участок CE – переходное кипение рис. 6.2, г). Прямой контакт жидкость стенка очень короткий по времени. Переходное кипение можно исследовать только в опытах, где управляется температурой стенки, а не тепловым потоком на стенке.
Рис. 6.2 – Схема различных механизмов теплообмена при кипении.
3. Теплоотдача при кипении при свободном движении жидкости
4. Некоторые характеристики двухфазного потока
Параметры двухфазного потока подразделяются на расходные и истинные.
Расходное массовое паросодержание – отношение массового расхода пара к массовому расходу двухфазной смеси в данном сечении:
x |
G " |
|
|
G " |
|
G |
G " G ' |
||||
|
|
||||
В равновесных парожидкостных потоках массовое паросодержание определяет энтальпию смеси:
hсм hs'' x hs' 1 x
где hs'' |
и hs' |
- энтальпия пара и жидкости на линии насыщения. |
4. Некоторые характеристики двухфазного потока
Поскольку hs'' hs' |
r |
, то |
|
h' |
||
|
|
|
|
h |
||
|
x |
|
|
см |
s |
x |
|
|
|
|
|||
|
б |
|
|
r |
||
|
|
|
|
|
||
Такое определение массового расходного паросодержания удобно использовать для потоков в условиях теплообмена с окружающей средой, так как hсм легко определяется из энергетического баланса.
Также это соотношение применяют и в случае неравновесных потоков. Тогда величина X=Xб не выражает массовую долю пара в расходе смеси, а представляет собой относительную энтальпию потока. Нижний индекс «б» - балансовое паросодержание.
Относительная энтальпия потока может быть < 0 (кипение недогретой жидкости) и > 1 (перегретый пар с капельками жидкости)