Контрольная задача

Рассчитать время замораживания и необходимую массу продукта в грузовом отсеке воздушного морозильного аппарата псевдоожиженного слоя.

Вид продукта принять по таблице 2.1 в зависимости от последней цифры шифра (варианта).

Производительность, температуры продукта и воздуха принять по табл. 5.1 в зависимости от предпоследней цифры шифра (варианта).

Таблица 5.1. Исходные данные

Предпоследняя цифра шифра	Производительность , кг/ч	Температуры, ºС
		продукта		воздуха
		начальная	конечная	на входе	на выходе
1	100	10	– 10	– 20	– 17
2	200	15	– 15	– 25	– 22
3	300	18	– 18	– 30	– 27
4	400	20	– 20	– 30	– 27
5	500	25	– 10	– 18	– 15
6	50	10	– 15	– 22	– 18
7	70	15	– 18	– 26	– 22
8	120	18	– 20	– 28	– 25
9	150	20	– 10	– 22	– 18
0	250	25	– 15	– 24	– 20

6 Теплообмен при кипении жидкостей

Кипение жидкостей рассматривают в большом объеме при свободном движении или в трубах и каналах при вынужденном движении. Интенсивность теплообмена при кипении зависит от природы жидкости и ее теплофизических свойств. Определяющей температурой является температура насыщения.

Ограничимся рассмотрением теплообмена в условиях пузырькового режима кипения.

При кипении в большом объеме и заданной поверхностной плотности теплового потока (тепловой нагрузки поверхности нагрева) рассчитывают теплообмен, используя следующие зависимости:

– при

; (6.1)

– при < 0,01

. (6.2)

В уравнениях приняты обозначения обобщенных переменных:

, (6.3)

где – характерный геометрический размер, пропорциональный критическому диаметру парового пузырька на поверхности нагрева (парообразования), м;

, (6.4)

где – приведенная скорость парообразования, которая характеризует объем пара, образующегося на единице площади поверхности нагрева в единицу времени, м³/(м² с);

, (6.4а)

где – тепловая нагрузка, Вт/м²;

–удельная теплота парообразования, Дж/кг;

–плотность образующегося пара, кг/м³.

Зависимости (6.1) и (6.2) справедливы при следующих условиях: ;; объемное содержание пара в кипящей жидкости не превышает 70%.

Принято записывать

, (6.5)

где – параметр, зависящий от теплофизических свойств жидкости, м²/Вт.

При кипении в большом объеме и заданном температурном напоре (разности температуры поверхности нагрева и температуры насыщения) используют уравнения:

– при

; (6.6)

– при <

, (6.7)

где – температурный напор, К;

–параметр, зависящий от теплофизических свойств жидкости, К^{– 1}.

Значения параметров ,иприведены для воды в приложении Г в зависимости от температуры насыщения.

Вышеприведенные расчетные зависимости используют при тепловых нагрузках меньше первой критической тепловой нагрузки, при которой наблюдается переход к пленочному режиму кипения. Значение первой критической тепловой нагрузки для воды приведены ниже:

, МПа	0,01	0,1	0,5	1,0	2,0	4,0	10	20
, МВт/м2	0,5	1,2	2,2	2,8	3,5	4,0	4,0	2,5

Для определенного рода жидкости коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объеме зависит только от поверхностной плотности теплового потока и давления насыщения. Поэтому используют эмпирические зависимости.

Для воды в диапазоне давлений от 0,1 до 4 МПа получены зависимости

, (6.8)

, (6.9)

где – давление насыщения, МПа;

–тепловая нагрузка , Вт/м².

При пузырьковом кипении в трубах и каналах учитывают, что теплоотдача определяется как конвекцией жидкости при ее вынужденном движении, так и процессом парообразования в кипящей жидкости.

В случае кипение при объемном паросодержании не более 70 % рассчитывают теплоотдачу следующим образом:

– находят коэффициенты теплоотдачи при вынужденном движении в трубах и при пузырьковом кипении в большом объеме (соответственно и);

– определяют коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении в трубах:

– при принимают=;

– при 0,5 << 2 вычисляют

; (6.10)

– при принимают=.

Для расчета коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении жидкости в трубах в условиях турбулентного режима при >10⁴ и отношении длины трубы к ее диаметру больше 50 используют формулу

, (6.11)

где определяющей температурой является средняя температура среды.

Задачи

6.1. Определить коэффициент теплоотдачи от горизонтальной поверхности нагревателя к кипящей воде, находящейся под давлением 0,5 МПа.

Тепловая нагрузка поверхности нагревателя равна 1 МВт/м².