13.4. Теплообмін при кипінні

Кипіння – процес паротворення з паровими міхурами. Міхури утворюються при перегріванні рідини в точках, які називаються центрами пароутворення (мікрозападини й мікротріщини поверхні). Міхур, що утворився, росте, відривається й спливає при якійсь температура рідини t_н, якщо температура менша, те міхур схлопується – це процес недогрітого кипіння. Режим утворення й спливання міхурів називається бульбашковим кипінням. Зі збільшенням перегріву вся поверхня нагрівання в якийсь момент вкривається суцільною паровою плівкою – режим плівкового кипіння. Перехід від бульбашкового режиму до плівкового кипіння називається кризою кипіння I роду. Механізм теплообміну: 1) міхури виштовхують перегріту рідину; 2) частина теплоти переноситься паровими міхурами; 3) міхури турбулізують пристінний шар.

Області кипіння: 1 – конвективний підігрів; 2 – недогріте кипіння; 3 – бульбашкове; 4 – перехід від бульбашкового кипіння до плівкового; 5 – плівкове кипіння; 6 – плівкове з випромінюванням; АБ – перегрів без кипіння; ВГ – плівковий режим рідин, які не змочують поверхню.

1. Кипіння у великому об'ємі. Тепловіддача визначається щільністю теплового потоку, властивостями рідини, тиском насичення, станом поверхні. Критериальное рівняння для розрахунку : рівняння Толубінського ; критерій кипіння ; визначальний розмір , що визначає температура насичення,  - швидкість росту бульбашок.

2. Кипіння в трубах. Тепловіддача визначається: щільністю теплового потоку, властивостями рідини, тиском насичення, швидкістю руху парорідинної суміші; режимом тиску парорідинної суміші – бульбашковий, снарядний, дисперсний. Розрахунок :

1) при приймають =_;

2) при приймають =_q ;

3) при ; _ - коефіцієнт теплопередачі при змушеній конвекції; _q – коефіцієнт тепловіддачі при кипінні у великому об'ємі;  - шуканий коефіцієнт тепловіддачі.

13.5. Теплообмін при конденсації

При зіткненні пари з охолоджуваною поверхнею з відбувається конденсація пари. Якщо рідина змочує поверхню, то відбувається плівкова конденсація (поверхня вкрита плівкою рідини), якщо не змочує – на поверхні утворяться краплі конденсату з мікроплівкою конденсату, наступає краплинна конденсація. Тепловіддача визначається: швидкістю руху плівки по поверхні; режимом її плину – ламінарний, ламінарно-хвильовий, турбулентний; властивостями рідини; різницею температур ; розташуванням поверхні в просторі:

1. Вертикальна поверхня:

ламінарний режим, , приведена висота

,

де ; , H – висота;

турбулентний режим

.

3. Горизонтальна поверхня (труби):

,

де ; , R – радіус труби, визначальна температура – температура насичення t_н.

14. Теплопередача

14.1. Процес теплопередачі

Теплопередача – перенос теплоти між двома середовищами через поділяючу стінку, процес необоротний. Він містить у собі такі етапи:

1. Тепловіддачу від «гарячого» теплоносія до внутрішньої поверхні стінки;

2. Перенос теплоти теплопровідністю через матеріал стінки;

3. Тепловіддачу від зовнішньої поверхні стінки до «холодного» теплоносія.

Перший етап характеризується коефіцієнтом тепловіддачі ₁ і термічним опором тепловіддачі . Другий етап характеризується коефіцієнтом теплопровідності  і термічним опором теплопровідності R_. Третій етап характеризується коефіцієнтом тепловіддачі ₂ і термічним опором тепловіддачі . Форма стінки може бути плоскою, циліндричною, фігурною.