40 Особливості тепловіддачі при кипінні.

Кипінням називають процес паротворення в рідині, перегрітої вище температури насичення, при якому парові пухирці утворюються в окремих точках твердої поверхні нагрівання – центрах паротворення. Цими центрами є мікрозападини шорсткостей стінки й дрібних твердих часток. Максимальне нагрівання рідини, що дорівнює температурному напору , спостерігається на поверхні нагрівання. Чим більше перегрів рідини , тим менше мінімальний радіус виникаючого на поверхні нагрівання парового пухирця: , де − поверхневий натяг на границі «пар − рідина». Цей радіус визначає порядок розмірів тих елементів шорсткостей, які можуть бути центрами паротворення. Таким чином, збільшення перегріву призводить до зменшення розмірів і до появи все більшої кількості діючих центрів паротворення. Пухирці ростуть на поверхні нагрівання й відриваються від неї при досягненні розміру . Через якийсь час у цьому місці з'являється новий пухирець і цикл повторюється. Добуток (м) на частоту відриву характеризує середню швидкість росту парових фрагментів на поверхні нагрівання ''.

Густина теплового потоку , що відводить від джерел, що гріють (парогенераторів ядерних реакторів, криогенних систем й ін.), може бути досить високою ( Вт/м² ) при помірних температурних напорах ( ), і цей процес часто використовують для відводу великих теплових потоків з відносно малих за площею поверхонь нагрівання.

У зв'язку зі складністю процесу кипіння існують різні формули для визначення коефіцієнта тепловіддачі , що узагальнюють результати теоретичних й експериментальних досліджень. Для області пухирцевого кипіння розрахункові формули представляють у вигляді

де, згідно з дослідними даними, для різних рідин . Наприклад для кипіння води при тискові бар застосовують формулу, Вт/м² К:

,

де − у бар, – у Вт/м².

При вимушеній течії киплячої рідини в трубах інтенсивність теплообміну визначається співвідношенням впливу власного процесу паротворення ( ) і вимушеної конвекції (). Для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі при течії киплячої рідини в каналах застосовують інтерполяційну формулу:

,

де − шуканий коефіцієнт тепловіддачі; і − відповідно коефіцієнти тепловіддачі при вимушеній течії «киплячої» рідини в трубі та при пухирцевому кипінні, коли вплив швидкості відсутній. Межі застосовності формули обмежені величиною об'ємного паровмісту .

41 Тепловіддача при конденсації.

Якщо пара стикається з твердою поверхнею, що має температуру , меншу за температуру насичення при тискові пари, то вона переходить у рідкий стан, віддаючи поверхні теплоту конденсації , де − витрата стікаючого конденсату, кг/с (див. рис.).

Розрізняють два види конденсації: краплинну (конденсат осаджується на стінці у вигляді окремих крапель) і плівкову, при якій на поверхні стінки утвориться суцільна плівка стікаючої рідини. Краплинна конденсація за рівнем тепловіддачі в багато разів вище плівкової, тому що плівка рідини має значний термічний опір передачі тепла від пари до стінки. При сталій роботі конденсаційних пристроїв конденсат, як правило, змочує поверхню теплообміну, тобто забезпечується тепловіддача при плівковій конденсації. З теорії плівкової конденсації нерухомої пари на стінці слідує розрахункова формула виду , де − число Нуссельта тепловіддачі; – критерій Галілея; – критерій Прандтля; – критерій Кутателадзе (критерій фазового переходу); − температурний напір; – чисельна постійна теоретичного рішення.

Рис. - Схема плівкової конденсації пари

Вхідні в рівняння (146) теплофізичні властивості ( ) конденсату визначають за середньою температурою плівки , а теплоту паротворення – за температурою . Для вертикальної стінки і труби , – висота; для горизонтальної труби , − діаметр.

В рівняння вводять виправлення у вигляді співмножників, що враховують орієнтацію стінки ( ), хвильову течію плівки ( ), зміна теплофізичних властивостей.