27.Основные соотношения для расчета оребренных поверхностей.

Рассмотрим случай охлаждения какого-либо тела. Тепловой поток Q, отводимый омывающей средой от его поверхности, равен Q = F( – T_f,0) ,

где  - коэффициент теплоотдачи, осредненный по всей теплообменной поверхности; F – величина теплообменной поверхности; T_w и T_f,0 – среднеинтегральная температура поверхности и температура омывающей среды на удалении от нее.

Часто складывается такая обстановка, что необходим отвод значительного теплового потока Q при отсутствии реальной возможности изменить температурные уровни теплообменной поверхности и омывающей ее жидкости T_f,0 . В этом случае появляются два пути для решения указанной задачи:

1. Увеличение площади теплообменной поверхности F.

2. Увеличение коэффициента теплоотдачи  , что сопряжено с ростом энергетических затрат на изменение гидродинамической обстановки со стороны движущейся среды (увеличение скорости потока, повышение уровня его турбулентности и т.п.).

Тепловой поток Q, отводимый от оребренной поверхности потоком жидкости (газа):

Q = ( – T_f,0)F_ор ,

где и T_f,0 - среднеинтегральная температура оребренной поверхности и темп - ра омывающей среды;  - среднеинтегральное зн-е коэффициента теплоотдачи; F_ор - величина наружной оребренной поверхности.

Т.к. сложно определить вел-ну , то на практике пользуются формулой:

Q = (T_WH – T_f,0)F_орE_H

Величина E_H =( - T_f,0 )/( T_WH – T_f,0) представляет собой коэффициент эффективности всей оребренной поверхности (ребер и несущей их поверхности), показывающей, во сколько раз применение оребрения снижает температурный напор между несущей поверхностью и омывающей её средой. Коэффициент эффективности оребренной поверхности находим по формуле: E_H = E_Р + (1 - E_Р)/ , в которой  =F_ор /F_Н - степень оребрения, равная отношению площади всей оребренной поверхности F_ор и площади несущей поверхности без ребер F_Н ; E_Р – коэффициент эффективности (КПД ребра):

E_Р =( - T_f,0 )/( T_WH – T_f,0)

и показывающий, во сколько раз меньше температурный напор - T_f,0 между ребром, среднеинтегральная температура которого , и омывающей его средой, по сравнению с температурным напором T_WH – T_f,0 между несущей поверхностью и этой средой.

оребрение несущих поверхностей целесообразно проводить со стороны газообразных сред, т.к. коэффициенты теплоотдачи  от стенки малы именно для газов из-за небольшой у них молекулярной теплопроводности.

На практике высота ребра, его материал и профиль поперечного сечения выбираются как из теплотехнических соображений, так и из соображений минимального габарита, веса, стоимости металла и др.

3. Р-V и Т-S диагр-мы и их св-ва.

а) dq = Tds, где Tне равен 0;dq > 0, ds > 0

По з-ку ds можно узнать подводится или отводится тепло

б) Пл-дь а12ба dq, с кот. сис-ма обменивается с О.С.

в) В P-V показ-ся только работа

В T-S показ-ся только теплота

С = dq/dT =T ds/dT

С = dq/dT =T ds/dT = 1 T/tg α = aв

Теплоноситель в локальной ф-ме пр-са T-S показ-ой ав

18. Кризис кипения в сосуде – механизм явления,интенсивность теплообмена.

У величение значения  при развитом пузырьковом режиме кипения, при увеличении q_w, сохраняется лишь до критического значения плотности теплового потока в стенку q_{w кр}, соответствующего критической величине перегрева жидкостиT_кр. При q_{w кр} (при Т_кр) число центров парообразования на обогреваемой поверхности столь велико, что пузырьки зарождаются буквально в каждой точке на ней. Поэтому они сливаются между собой, образуют паровую пелену, отделяющую кипящую жидкость от обогреваемой поверхности, и наступает так называемое пленочное кипение жидкости. При этом резко ухудшается теплообмен, так как тепло начинает передаваться жидкости, отделенной от обогреваемой поверхности, в основном, механизмом теплопроводности через паровую пелену, у которой велико термическое сопротивление. Это может иметь своим следствием перегрев металла, потерю им прочностных свойств и разрушение конструкции аппарата, в котором осуществлялся процесс кипения. Его разгерметизация приводит к возникновению объемного режима кипения, а значит, к катастрофе. Явление возникновения паровой пелены и связанного с ним резкого ухудшения теплоотдачи называется кризисом кипения первого рода.

Критическая плотность теплового потока q_{w кр} при кипении чистых неметаллических жидкостей Может быть определена по формуле

в которой r - скрытая теплота парообразования, отнесенная к единице массы.

Следует иметь в виду, что если имеется опасность возникновения кризиса кипения первого рода, то объем жидкости в технологической системе (например, в паровом котле) должен быть мал.

Изменение интенсивности теплообмена при кипении жидкости в сосуде графически интерпретировано с помощью модифицированной и упрощенной диаграммы Нукйяма (1934 г.) на рис 3.4.

На ней обозначены: ОА -- режим теплообмена с преобладанием свободной конвекции жидкости; АВ - теплообмен в режиме развитого пузырькового кипения; ВС - кризис кипения первого рода; CD – передача тепла механизмом теплопроводности через паровую пелену (пленочное кипение).