Контрольные вопросы

1. Перечислить факторы, определяющие коэффициент теплоотдачи и кризис кипения в условиях большого объема, и объяснить их влияние на характеристики процесса кипения с позиций процессов кипения и переноса тепла при кипении.

2. В какую сторону изменяется коэффициент теплоотдачи при кипении воды на поверхности, покрытой жировой пленкой?

Задача 8.2.1. Для условий задачи 8.1.1 рассчитать температуру на поверхности испарителя.

Ответ: температура на испарителеt_и= 131С.

Указания к решению: q= (t_н–t_ж), находится скрытая теплота парообразования:

r= 2,210⁶Дж/кг.

Рассчитывается тепловая нагрузка q:

Q_полезн=r  G = 1,110³Вт;Q_потерь=_ек(t_н–t_ос)F₂= 100 Вт;

Q=Q_полезн +Q_потерь= 1,2 кВт;

.

Полученное значение сравнить с критической тепловой нагрузкой, рассчитанной в задаче 8.1.1. Так как рассчитанное qв девять раз меньшеq_кр, то иRe_будет в девять раз меньшеRe_кр. ДляRe_ = 4,6 используется формула для развитого кипения (Re_ = 4,6  Re_{граничн}= 10^‑2).

.

После определения Nu_, можно приступить к расчету:

.

Далее вычисляется искомая температура:

q=(t_и – t_н), следовательно,.

§ 8.6. Теплоотдача при двухфазных течениях в каналах

Двухфазный поток в вертикальном или горизонтальном канале никогда полностью не стабилизирован: неизбежное изменение давления вдоль канала непрерывно изменяет состояние жидкости и тем самым распределение фаз и режим течения - такой режим характерен для диабатного (с подводом тепла) двухфазного течения (рис.8.12).

Три основных типа двухфазных течений дают основу для их классификации:

1) пузыри взвешены в объеме жидкости (эмульсия);

2) капли жидкости находятся в потоке пара (газа);

3) поток состоит из перемежающихся объемов пара и жидкости.

Режимы двухфазных течений различаются по распределению паровой (газовой) фазы, пузырей в потоке:

объемное паросодержание- (V_пара/V_{жидкости}) % =.

весовое паросодержание- (G_пара/G_{жидкости}) %.

Рис.8.12.

Рис.8.13.

Пример классификации двухфазных течений (рис.8.13):

1) пузырьковый режим течения - жидкая фаза непрерывна, а пар или газ - в виде пузырей (наблюдается при низких парогазосодержаниях);

2) снарядный режим - объемы пара и жидкости чередуются (наблюдается при умеренном газосодержании и относительно низких скоростях);

3) кольцевой режим - жидкая фаза в виде непрерывного кольца вокруг стенки, а пар - в виде сплошного ядра (наблюдается при высоких скоростях потока и содержании пара в жидкости);

4) обращенный кольцевой режим - жидкая фаза в ядре газового потока (наблюдается при устойчивом пленочном кипении недогретой жидкости);

5) особые случаи при очень низких и очень высоких скоростях жидкости - расслоенныйиэмульсионныйрежимы.

Расчет теплоотдачи при вынужденном движении кипящей жидкости

Порядок расчета:

1) рассчитать коэффициент теплоотдачи кипения (в большом объеме) _кип;

2) рассчитать коэффициент теплоотдачи вынужденной конвекции (для Wжидкости)_вк.

Из эксперимента получено, что коэффициент теплоотдачи _ может быть принят следующим:

если  ;

если ;

если .

Применимость формул : [бар];[м/с];; объемное паросодержание.

Задача 8.3.1.Внутри трубы с внутренним диаметромd= 18 мм движется кипящая вода со скоростьюw = 1 м/с. Вода находится под давлениемP = 8 бар.

Определить коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, если температура внутренней поверхности трубы t_c = 173 C.

Ответ:= 8040 Вт/м²С.

Указания к решению:определяется значение коэффициента теплоотдачи для вынужденной конвекции при движении однофазной жидкости_w. ПриP = 8 бар:_ж= 0,81  10^–6 м²/с,_ж= 0,679 Вт/мС, Pr_ж = 1,05. Приt = 173 CPr_c = 1,04.

, следовательно,

коэффициент теплоотдачи .

Определяется значение коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме _к. Приt_s = 170,4 C:l_ = 1,07  10^–6м,/rp = 44,2  10^–2 1/C.

,

следовательно, расчет ведется по формуле

.

Коэффициент теплопередачи .

Так как _к / _w < 0,5, то интенсивность теплообмена определяется целиком вынужденным движением и=_w = 8040 Вт/м²С.

Задача 8.3.2.Определить температуруt_c внутренней поверхности трубы, по которой движется кипящая вода, если тепловая нагрузка поверхностиq = 4,3  10⁵ Вт/м², скорость и давление воды соответственноw = 4 м/с иP = 15,7 бар, и внутренний диаметр трубыd = 12 мм.

Ответ:t_c = 210,4 C.

Указания к решению:см. задачу 8.3.1.