ТЕПЛООБМЕН ПРИ кипении

Кипением называется парообразование с возникновением новых свободных поверхностей раздела жидкой и паровой фаз внутри жидкости, нагретой выше температуры насыщения.

Процесс характеризуется возникновением пузырьков пара. Различают кипение в объеме жидкости и на твердой поверхности теплообмена.

Кипение на твердой поверхности возникает, когда температура жидкости выше температуры насыщения при данном давлении, а температура поверхности теплообмена выше температуры кипящей жидкости. Образование пузырьков пара происходит непосредственно на поверхности теплообмена.

Кипение в объеме жидкости возникает, когда температура жидкости выше температуры насыщения при данном давлении. При этом процесс может происходить из-за быстрого снижения давления или наличия в жидкости внутренних источников теплоты.

В теплоэнергетике обычно встречаются процессы кипения на твердой поверхности. В этом случае теплота от поверхности передается пограничному слою, а от него – массе жидкости и образующемуся пару. В пограничном слое жидкость перегрета на величину:

t tc tЖ

Эксперименты показывают, что пузырьки пара зарождаются только на обогреваемой поверхности в перегретом пограничном слое жидкости и только в

отдельных точках этой поверхности, которые называются центрами парообразования. Центрами

парообразования являются преимущественно неровности самой поверхности, а также выделяющиеся из жидкости пузырьки газа. При достижении определенных размеров пузырьки пара отрываются от поверхности и всплывают вверх, а на их месте образуются новые пузырьки.

Размеры пузырьков зависят в первую очередь от смачивающей способности жидкости. Если кипящая жидкость хорошо смачивает поверхность, то пузырек пара легко отрывается. Режим, при котором рост пузырьков до отрыва и движение их после отрыва вызывают интенсивную циркуляцию и

перемешивание жидкости в пограничном слое, называется пузырьковым кипением. При

пузырьковом кипении резко возрастает теплоотдача поверхности теплообмена.

Если жидкость недогрета, то образующиеся на поверхности пузырьки сразу после отрыва конденсируются.

Процесс кипения ограничивается тонким пограничным слоем перегретой жидкости непосредственно у поверхности. В этом случае перемешивание пристенного слоя достаточно слабое. В результате теплоотдача происходит только

за счет свободной конвекции, а процесс называется

поверхностным или конвективным кипением.

При увеличении температурного напора или плотности теплового потока число центров парообразования увеличивается. Когда их количество существенно возрастает, то образуется сплошной паровой слой. Периодически этот слой разрывается, и часть пара прорывается в объем

кипящей жидкости. Режим кипения с пленкой пара на поверхности называется пленочным кипением.

При анализе процессов пузырькового кипения используют ряд микрохарактеристик и режимных параметров процесса. Микрохарактеристики – это

критический радиус пузырька, скорость его роста, отрывной диметр, частота отрыва.

Критический радиус пузырька

R– минимальный размер пузырька в момент

кзарождения.

была больше суммы всех внешних сил, действующих на паровой пузырек. Это сила давления окружающей

пузырек может существовать и развиваться, а приp 2 / Rк пузырек конденсируется.

Образование пузырька с критическим радиусом Rк

будет превышать температуру насыщения tн

при давлении жидкости p на некоторую величину

t tЖ tн TЖ Tн

Температура пара Tп.к в пузырьке с критическим

радиусом должна равняться температуре окружающих слоев жидкости TЖ

;

TЖ Tп.к

может быть определена как температура насыщения,

соответствующая давлению пара внутри пузырька

p1 p p