Зависимость плотного теплового потока от температурного потока задачи
На интенсивность теплообмена при кипении существенное влияние оказываю? давление, теплофизические свойства жидкости, параметры шероховатости поверхности нагрева и теплофизические свойства стенки. К последним относится комплекс, называемый коэффициентом аккумуляции теплоты, Зависимость комплекса от безразмерного давления р/рь при кипении различных жидкостей показана на рис. Величина вычислена при условном давлении При ру близких к влияние давления резко возрастает. Количественные закономерности зависят также от гидродинамической структуры двухфазного потока, которая при кипении отличается большим многообразием. В условиях недогрева жидкости возможно поверхностное кипение. Строгого математического описания процесса теплообмена при кипении пока не существует. В большинстве случаев связь коэффициента теплоотдачи с числом Рис. 2.19. Зависимость комплекса от безразмерного давления pJpK при кнпсыии различных жидкостей центров парообразования, частотой отрыва пузырей, физическими свойствами жидкости и другими факторами устанавливается экспериментально. Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме в условиях свободного движения можно выполнить, воспользовавшись следующим приближенным уравнением подобия: — капиллярная постоянная; -температурный напор; - некоторый характерный размер, пропорциональный радиусу ; — коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость — пар; . и учитывают число центров парообразования и частоту отрыва пузырей. Если пренебречь влиянием ускорения свободного падения, то можно получить более простое уравнение для расчета теплоотдачи приведенная скорость парообразования. Значения найдены путем обработки большого числа экспериментальных данных, полученных при кипении различных жидкостей. Для неметаллических теплоносителей жидких металлов Пределы применимости этого уравнения: При плотности теплового потока, большей первой крити- ческой чистая форма пузырькового кипения невозможна. Первая критическая плот носи, теплового потока для неметаллических теплоносителей с малой вязкостью В литературных источниках имеются данные, необходимые для расчета теплообмена при кипении и в других условиях: при пленочном и переходном режимах, в условиях вынужденного течения, в ограниченном объеме (в том числе в различно ориентированных трубах и каналах). Теплообмен при конденсации пара. Конденсация протекает с выделением теплоты и всегда сопровождается теплообменом Явление теплообмена при конденсации встречается в конденсаторах паротурбинных, холодильных и опреснительных установок, теплообменных аппаратах и других устройствах. Наиболее характерной для этих установок является поверхностная конденсация пара, реже встречается явление конденсации во всем объеме. Конденсация насыщенного или перегретого пара на поверхности твердого тела возможна, если температура поверхности Конденсация жидкости на твердой поверхности начинается в углублениях или трещинах. Пленочная конденсация возникает на смачиваемой поверхности. Теплота, выделяющаяся на поверхности раздела фаз, отводится в стенку через пленку конденсата. В процессе конденсации температура Т„ поверхности жидкой пленки остается несколько ниже температуры Т„ насыщения. Для обычных и криогенных жидкостей Т„ незначительно отличается от .. Термическое сопротив- Первая критическая плотность теплового потока — максимально возможная (при данных условиях) плотность теплового потока при пузырьковом кипении. Пленочная конденсация — образование сплошной пленки конденсата на смачиваемой поверхности. лснис при передаче теплоты от пара к стенке равно сумме термического сопротивления пленки конденсата и термического сопрогивления, связанного со скаЧком температуры на границе раздела паровой и жидкой фаз. При заданной разности температур пара и стенки интенсивность процесса теплообмена при пленочной конденсации определяется условиями отвода конденсата с поверхности и режимами течения пленки и пара. Термическое сопротивление пленки зависит от ее толщины, теплопроводности жидкости, степени турбулнзации потока и наличия поверхностных волн. Капельная конденсация возникает на несмачиваемой поверхности и имеет коэффициент теплоотдачи на порядок выше, чем пленочная. Для получения •капельной конденсации на поверхность теплообмена наносятся специальные покрытия. Использование капельной конденсации позволяет значительно сократить «абариты и массу конденсаторов. Примеси неконденсирующихся газов в паре существенно снижаю! интенсивность теплоотдачи при конденсации. В большинстве практически важных случаев приходится иметь дело с пленочной конденсацией. Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации неподвижного насыщенного пара на плоской поверхности длиной L может быть вычислен по следующей приближенной формуле: угол наклона поверхности к горизонту; эффективное значение теплоты парообразования; ' при Путем введения учитывается не- догрев пленки и отклонение профиля температуры в пленке от линейного. При выводе формулы предпо- лагалось, что режим течения пленки ламинарный, пар не содержит примесей, а влиянием термического сопротивления на границе пленки с паром, конвективным переносом теплоты через пленку, действием сил инерции и трением на границе раздела фаз можно пренебречь. Вывод основан на решении уравнений описывающих теплообмен в пленке. Образование на поверхности пленки волн уменьшает ее толщину и повышает интенсивность теплоотдачи. При торможении же стекающей пленки паром уровень интенсивности теплоотдачи снижается. Опытным путем установлено, что при влияние конвективного переноса теплоты и действие сил инерции пренебрежимо малы. Формула ( ) становится пригодной для расчета теплообмена при конденсации пара на горизонтальном цилиндре, если положить (D — диаметр цилиндра), а также для расчета теплообмена при конденсации внутри коротких горизонтальных труб. В последнем случае где d — внутренний диаметр трубы. Для расчета теплообмена при конденсации пара на пучке горизонтальных труб, расположенных друг под другом, рекомендуется формула где п — число рядов труб. Формула ( ' ') применима при Критерии подобия здесь построены точно так же, как и в формуле ( ). За характерный размер принят наружный диаметр трубы.