Тепловіддача без зміни агрегатного стану

При вимушеному русі рідини про режим руху можна судити по величині числа Рейнольда

якщо - режим руху ламінарний;

якщо - режим руху перехідний;

якщо - режим руху розвинутий турбулентний.

можна знайти з рівняння нерозривності

На рідину, що рухається в каналі діють інерційні, гравітаційні та в’язкісні сили.

- характеризує вимушений рух;

- характеризує теплофізичні параметри;

- характеризуєгравітаційні сили.

1. Турбулентний режим, коли то розв’язок рівняння має вигляд

де - поправка Міхеєва. Це рівняння повністю описує рух рідини в турбулентному режимі.

1. рівняння придатне для

2. коли .;;

3. визначається при температурі стінки. Поправка Міхеєва враховує неізотермічний рух рідини.

- коефіцієнт, що враховує початкову ділянку. коли. В іншому випадку

- коефіцієнт, що враховує кривизну каналу. Визначається за емпіричним рівнянням

Отже можемо записати

з рівняння видно, що

Тобто для інтенсифікації процесу теплообміну потрібно збільшувати швидкість руху рідини.

Оскільки, згідно з матеріальним балансом неможна змінити, то змінюють(площу перерізу). При цьомузбільшується,збільшується,збільшується, а отже ізбільшується. В свою чергу

якщо , то. Щоб збільшититреба збільшити менший.

2. Перехідний режим. Цей режим важкий для математичного опису і, як правило, для тепловіддачі при такому режимі руху критерії розраховують по наближеному рівнянню

3. Ламінарний режим. В цьому режимі , при цьому в силу вступають гравітаційні сили. Рівняння для розрахунку має вигляд

визначальною температурою є середня температура рідини .

Тепловіддача при вільній конвекції в необмеженому просторі

Рушійною силою при вільній конвекції різниця густин. У випадку тепловіддачі різниця густин виникає за рахунок різниці температур. При вільній конвекції на рідину діють гравітаційні і в’язкісні сили. Співвідношення між ними виражає критерій Грасгофа

де - коефіцієнт об’ємного розширення,- різниця температур між рідиною і стінкою.

Теплофізичні характеристики можуть бути охарактеризовані критерієм Прандтля

і майже однаково впливають на інтенсивність тепловіддачі при вільній конвекції.

Міхеєв пропонував наступне співвідношення для вільної конвекції

, де іберуться відповідно до величини

	0.5	0
	1.18	0.125
	0.54	0.25
	0.135	0.33

з рівняння видно, що при. Такий режим називається автогенним. Параметри рідини визначаються при температурі

Рис. 11.1.Омивання поверхонь рідиною при вільній конвекції в необмеженому просторі.

Якщо рідина омиває стінки в замкнутому просторі тоді її стає набагато складнішим і тепловіддача може бути описана рівнянням теплопровідності (рівнянням Фур’є) з деяким підсиленням тепловіддачі за рахунок вільної конвекції.

Кипіння

Кипінням називають процес пароутворення у всьому об’ємі. При кипінні необхідно підводити приховану теплоту пароутворення.

Кипіння буває:

• поверхневе – коли бульбашки пари генеруються на граючій поверхні;

• об’ємне – коли бульбашки пари генеруються у всьому об’ємі. Це можливо лише при різкому зниженні тиску.

Види поверхневого кипіння:

1. Бульбашкове кипіння (ядерне) – коли на граючій поверхні утворюються ізольовані центри пароутворення.

2. Плівкове кипіння – коли кількість центрів пароутворення зростає настільки, що бульбашки пари зливаються і між рідиною і поверхнею стінки утворюється шар перегрітої пари – тобто рідина знаходиться на паровій подушці.

Перехід від бульбашкового до плівкового кипіння називається кризою кипіння, температура, при якій це відбувається називають критичною температурою.

Для всіх рідин що киплять залежність густини теплового потоку і коефіцієнту тепловіддачі від різниці температур між стінкою і рідиною має приблизно однаковий характер

(рис. 14.1. На рисунку ).

І – ділянка мало інтенсивного кипіння рідини .

ІІ – ділянка бульбашкового (ядерного режиму кипіння – інтенсивний режим, який використовують в промисловості.

ІІІ – ділянка кризи кипіння. При цьому інтенсивність кипіння падає, тому що бульбашки пари створюють опір теплопровідності між стінкою і рідиною. Для води при є можливість вибуху.

Рис. 12.1. Залежність іqвідtдля киплячої води прир= 1ат.

ІV – ділянка інтенсивного плівкового кипіння, (досягається в ядерних котлах).

Процес кипіння складається із:

1. процесу віддачі теплоти від стінки до рідини;

2. процесу передачі теплоти до внутрішньої поверхні бульбашки у вигляді теплоти випаровування.

Кожна бульбашка при кипінні відіграє роль насоса, який підтягує холодну рідину до поверхні нагріву і виштовхує перегріту рідину.

При бульбашковому кипінні в умовах вільної конвекції, коефіцієнт тепловіддачі можна виразити рівнянням

де А можна визначити

де - коефіцієнт теплопровідності рідини;- густина рідини і пари;- поверхневий натяг;- прихована теплота пароутворення;- густина пари при тиску 1 атм;- питома теплоємність;- динамічна в’язкість.

За методикою Фрідца для води можна скористатися такими рівняннями

Конденсацію можливо викликати:

1. шляхом охолодження;

2. шляхом підвищення тиску.

Розрізняють наступні види конденсації:

1. Поверхнева конденсація – тоді, коли пара охолоджується за допомогою стінки;

2. Об’ємна конденсація – тоді, коли різко збільшується тиск.

В цей час поверхнева конденсація буває:

1. Плівковою – коли рідина, конденсована фаза, утворюється на поверхні теплообміну у вигляді стійкої плівки – конденсат змочує поверхню.

2. Крапельна конденсація – тоді, коли конденсат утворюється у вигляді окремих крапель. Тобто конденсат не змочує поверхню теплообміну.