Рассмотрим кипение на поверхности.
Для передачи теплоты от стенки к кипящей жидкости необходим перегрев стенки относительно температуры насыщения ∆T = Tст – Tкип.
На рис. 1.12. показана типичная зависимость коэффициента теплоотдачи и удельной тепловой нагрузки от температурного напора ∆T.
10-1 10°  102 
|
| пузырчатое кипение |
| q |
| C |
| a |
| пленочное кипение |
| B |
| A |
| q, a |
Рис. 1.12. Зависимость коэффициента теплоотдачи a и удельной тепловой нагрузки q
при кипении воды от температурного напора ΔT
В области АВ
перегрев мал, мало активных центров парообразования, теплообмен определяется законами свободной конвекции около стенки,
a ~ DT1/3.
В области ВС
перегрева больше, больше центров парообразования, a резко возрастает. Происходит турбулизация пограничного слоя около стенки. Пузыри, поднимаясь и увеличиваясь в объеме, увлекают значительные массы жидкости. На это место поступает новая порция жидкости, таким образом, реализуется циркуляция жидкости.
Здесь a ~ DT2/3.
При ∆T ≥ DTкр происходит слияние близко образующихся пузырей. Если l < d пузырька, то на поверхности стенки образуется паровая пленка, создающая дополнительное термическое сопротивление процессу теплоотдачи. Такой режим кипения называется пленочным (рис. 1.13).
| L |
Рис. 1.13. Схема пузырчатого кипения
Для воды
Рассмотрим движение пузырька. Достигнув определенного диаметра 
, пузырек отрывается от твердой поверхности
. (66)
Здесь r и rп – плотность соответственно жидкости и пара; b – краевой угол смачивания, s – коэффициент поверхностного натяжения.
В момент отрыва пузырька сила поверхностного натяжения жидкости, которая удерживает пузырек, равна Архимедовой подъемной силе. Поднимаясь, пузырек увеличивается в объеме за счет испарения жидкости внутри пузырька, сплющивается и приобретает форму гриба. Гриб имеет сложную траекторию, дробится и коалесценцируется.
Таким образом, транспорт теплоты при пузырчатом кипении состоит из переноса теплоты от стенки к жидкости, а затем жидкостью теплота передается внутренней поверхности пузырьков в виде теплоты испарения. Передача теплоты от стенки непосредственно пузырю ничтожно мала.
Для того, чтобы теплота от жидкости передавалась пузырькам пара, жидкость должна иметь Т несколько выше температуры пара. Поэтому жидкость несколько перегрета относительно температуры насыщенного пара над поверхностью кипящей жидкости.
Скорость переноса теплоты при кипении зависит от физических свойств жидкости, давления, ∆T, свойств материала стенки и т.д.
Учесть все это трудно, трудно предлагать единую зависимость. Поэтому для определения a в литературе предлагаются различные физические модели. Но общепринятой модели нет. Формальный вид
a = Aqn, 0,6 < n < 0,7, (67)
где А – сложный комплекс многих величин, влияющих на интенсивность переноса теплоты при кипении. Иногда предлагают критериальное уравнение вида
, (68)
значения A, m, n обычно определяют экспериментально.
Дата добавления: 2016-05-25; просмотров: 952;