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 испарителе t_и = 131 С.

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

r = 2,2  10⁶ Дж/кг.

Рассчитывается тепловая нагрузка q:

Q_полезн = r  G = 1,1  10³ Вт; 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 q в девять раз меньше q_кр, то и Re_ будет в девять раз меньше Re_кр. Для Re_ = 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 - расслоенный и эмульсионный режимы.

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 W жидкости) _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 диаметром d = 18 мм движется кипящая вода со скоростью w = 1 м/с. Вода находится под давлением P = 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. При P = 8 бар: _ж = 0,81  10^–6 м²/с, _ж = 0,679 Вт/мС, Pr_ж = 1,05. При t = 173 C Pr_c = 1,04.

, следовательно,

коэффициент теплоотдачи .

Определяется значение коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении в большом объеме _к. При t_s = 170,4 C: l_ = 1,07  10^–6 м,  / 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 температуру t_c внутренней поверхности трубы, по которой движется кипящая вода, если тепловая нагрузка поверхности q = 4,3  10⁵ Вт/м², скорость и давление воды соответственно w = 4 м/с и P = 15,7 бар, и внутренний диаметр трубы d = 12 мм.

Ответ: t_c = 210,4 C.

Указания к решению: см. задачу 8.3.1.