§ 8.3. Кризис теплоотдачи при кипении Критическое число Рейнольдса при кипении

Вспомним, что . Используя эту аналогию, можно получить условное число и зависимость для расчетаq_кр1:

, гдеAr- число Архимеда;

;q_кр - тепловая нагрузка;

где l_* - комплекс, имеющий размерность длины, входящий в число Re_*; Re_*кр - условное число Re при кипении; r - cкрытая теплота парообразования, Дж/кг; с_р - теплоемкость при постоянном давлении, P = const, Дж/кгС;  - плотность жидкости, кг/м³;  - плотность пара, кг/м³;  - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; q_кр = q_кр1 - переход от пузырькового к пленочному кипению, Вт/м²; T_н - температура насыщения, K; - комплекс, имеющий размерность скорости.

Порядок расчета:

1) для определения q_кр1рассчитатьl_*;

2) рассчитать Ar_*, считая правую часть формулы, найтиRe_*кр;

3) по Re_*кр найтиq_кр1.

Контрольные вопросы

1. Почему при переходе от естественной конвекции к кипению коэффициент теплоотдачи сначала резко возрастает, а при дальнейшем увеличении тепловой нагрузки резко падает?

2. Что такое характерный размер теплообмена при кипении?

Задача 8.1.1.Рассчитать критическую тепловую нагрузку для кипения воды при давленииP = 210⁵Вт/м²в испарителе наружного типа, использующего кипение в большом объеме для получения пара. Пар расходомG= 0,5 г/с необходимо подавать в реактор. Давление в испарителе не должно превышать двух атмосфер. Поверхность испарителяF₁ = 0,510^–2 м². Поверхность корпуса испарителяF₂ = 10^–1м². Корпус испарителя охлаждается естественной конвекцией_ек= 10 Вт/м²С. Температура водыt_ж= 393 К, окружающей средыt_ос= 20 C,t_н = 120 C.

Ответ: q_кр = 1810⁵ Вт/м².

Указания к решению:определяется характерный размер кипенияl_:

.

;

 = 0,54810^–1 Н/м;= 943 кг/м³;= 1,12 кг/м³.

Рассчитывается q_крдля наших условий:

;

; .

Следовательно, .

Задача 8.1.2. Определить критическую тепловую нагрузку при кипении воды в большом объеме под давлениемP = 1 бар.

Ответ:q_кр1,410⁶Вт/м².

Указания к решению:используя методику задачи 8.1.1, получимl_ = 50,6  10^–6м,q_кр= 1,4110⁶Вт/м².

§ 8.4. Расчетные зависимости для процесса теплообмена при кипении

Расчет коэффициента теплоотдачи при кипении

- слаборазвитое пузырьковое кипение дляRe_*10^-2. - развитое пузырьковое кипение дляRe_*> 10^-2.

Порядок расчета:

1) для определения кипения необходимо рассчитатьRe_*кри определить режим течения (пузырьковый или пленочный);

2) рассчитать по заданной тепловой нагрузке Re_*, сравнить его сRe_*= 0,01, определить режим, выбрать формулу (развитое или неразвитое пузырьковое кипение);

3) рассчитать Nu_* по соответствующей формуле;

4) рассчитать _ккипения из .

Применимость формулы для Re_*кр:

1 P 185 бар;

0,85 Pr13,1.

Применимость формулы для расчета Nu_*:

0,86  Pr  7,6;

10^-5  Re_*  10⁴;

0,45  P  175 бар.

§ 8.5. Влияние различных факторов на теплоотдачу при кипении

На коэффициент теплоотдачи при кипении влияют более десятка факторов, основные из которых следующие:

1) температурный напор (рис.8.5);

2) тепловая нагрузка (рис.8.6), причем при увеличении тепловой нагрузки и при ее уменьшении значения критической нагрузки различны (q_кр1иq_кр2) и связаны соотношением ;

3

Рис.8.6.

) давлениеpна коэффициент теплоотдачи, причем еслиp_нT_нr (рис.8.7). На рис.8.6p₁ >>p₂;

Рис.8.5.

4) давление pнаq_криt_кр(видно по рис.8.7 и соответствует зависимостям рис.8.8);

5

Рис.8.7.

Рис.8.8

) краевой угол смачивания- в смачиваемой жидкости призначение угла слабо влияет на; в несмачивающей жидкости привлияние угла более существенно, причем величиназначительно меньше, чем в первом случае (рис.8.9);

6) влияние глубины hкипящего слоя (рис.8.10) - сказывается только в случае, когдаh <D₀ (отрывного диаметра пузыря);

Рис.8.9.

Рис.8.10.

Рис.8.11.

7) шероховатость поверхности кипения - при увеличении шероховатости за счет увеличения числа центров парообразования коэффициент теплоотдачи увеличивается;

8) влияние времени кипения (рис.8.11)- связано с растворенными в жидкости газами, с газами адсорбированными поверхностью, которые при времени>₀ полностью удаляются из жидкости и с поверхности нагрева.