- •Глава 8 Теплообмен в двухфазных средах
- •§ 8.1. Основные понятия
- •Режимы теплоотдачи при кипении (рис.8.1):
- •§ 8.2. Механизмы процессов Механизм процесса кипения
- •Механизм переноса тепла
- •Механизм развития пузыря
- •§ 8.3. Кризис теплоотдачи при кипении Критическое число Рейнольдса при кипении
- •Контрольные вопросы
- •§ 8.4. Расчетные зависимости для процесса теплообмена при кипении
- •Контрольные вопросы
- •§ 8.6. Теплоотдача при двухфазных течениях в каналах
- •Расчет теплоотдачи при вынужденном движении кипящей жидкости
- •§ 8.7. Теплоотдача при конденсации
- •Общие контрольные вопросы к главе 8
§ 8.3. Кризис теплоотдачи при кипении Критическое число Рейнольдса при кипении
Вспомним, что . Используя эту аналогию, можно получить условное число и зависимость для расчетаqкр1:
, гдеAr- число Архимеда;
;qкр - 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; ср - теплоемкость при постоянном давлении, P = const, Дж/кгС; - плотность жидкости, кг/м3; - плотность пара, кг/м3; - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; qкр = qкр1 - переход от пузырькового к пленочному кипению, Вт/м2; Tн - температура насыщения, K; - комплекс, имеющий размерность скорости.
Порядок расчета:
1) для определения qкр1рассчитатьl*;
2) рассчитать Ar*, считая правую часть формулы, найтиRe*кр;
3) по Re*кр найтиqкр1.
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 = 2105Вт/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 = 0,510–2 м2. Поверхность корпуса испарителяF2 = 10–1м2. Корпус испарителя охлаждается естественной конвекциейек= 10 Вт/м2С. Температура водыtж= 393 К, окружающей средыtос= 20 C,tн = 120 C.
Ответ: qкр = 18105 Вт/м2.
Указания к решению:определяется характерный размер кипенияl:
.
;
= 0,54810–1 Н/м;= 943 кг/м3;= 1,12 кг/м3.
Рассчитывается qкрдля наших условий:
;
; .
Следовательно, .
Задача 8.1.2. Определить критическую тепловую нагрузку при кипении воды в большом объеме под давлениемP = 1 бар.
Ответ:qкр1,4106Вт/м2.
Указания к решению:используя методику задачи 8.1.1, получимl = 50,6 10–6м,qкр= 1,41106Вт/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 Pr13,1.
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 (qкр1иqкр2) и связаны соотношением ;
3
Рис.8.6.
Рис.8.5.
4) давление pнаqкриtкр(видно по рис.8.7 и соответствует зависимостям рис.8.8);
5
Рис.8.7.
Рис.8.8
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.