ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплообмен при всплывании испаряющегося пузырька в слое инертного теплоносителя из "Бессточное нефтеперерабатывающее производство" При отношении объема пара к объему жидкости в пузырьке Уг./Уж 10 паровая фаза приобретает сферическую форму, а еще неиспарившаяся жидкость располагается под паровым пузырьком. Толщина пленки жидкости в этом случае не превышает 0,1 Д, где Д —мгновенный диаметр пузырька. По мере испарения агента пленка утончается и в конце процесса исчезает. По достижении величины критерия Рейнольдса Ке 2200 пузырек принимает форму эллипсоида вращения, а с ростом Ке — фюрму шапки гриба (рис. 27). [c.53] Таким образом, нижним пределом существования сферической формы испаряющегося пузырька является величина его паросодер-жания, соответствующая соотношению 10 1 объемов паровой и жидкой фаз, верхним пределом — Ке = 2200. Значения минимального паросодержания т н, необходимого для обеспечения сферической формы пузырьков, для некоторых агентов в зависимости от давления испарения представлены на рис. 28. [c.53] Принятые допущения позволяют рассмотреть задачу о стационарном теплообмене между потоком жидкости и погруженной в него изотермической сферой с мгновенным диаметром Д. Примем сферическую осесимметричную систему координат (г, 0), связанную с центром пузырька (рис. 30). Будем считать, что паровая фаза находится в верхней части пузырька и ограничена углом 2 3, а жидкая — в нижней и ограничена углом 2(л—р), причем тепловой поток через поверхность г = R и 0 = Р отсутствует. [c.55] При принятии граничных условий (12) исходили из того факта, что верхняя часть капли (паровая фаза) адиабатически изолирована. Таким образом, при 0 = (3 температура непрерывной фазы Т = = Г . [c.56] Зависимость отношения Nu/Pe° oт величины угла Р представлена на рис. 31. [c.58] Из уравнения (17) следует, что величина усредненного мгновенного коэффициента теплопередачи не зависит от температурного напора и за время испарения пузырька меняется на несколько порядков. [c.58] Принципиальная схема устройства стенда для исследования теплопередачи при испарении пузырьков показана на рис. 32. Исследована система нормальный пентан — вода. [c.58] Произведенная киносъемка процесса позволила установить динамику роста поверхности и объема пузырька, время, необходимое для полного испарения, пройденный путь, скорость всплывания и диаметр пузырька с точностью до 0,1 мм. На основании этих данных были определены количество тепла, подведенное к пузырьку коэффициенты теплопередачи, отнесенные к полной поверхности пузырька, так как истинную поверхность теплообмена определить довольно сложно даже в интервале изменения паросодержания О т 10%. [c.59] Температурный напор определялся как разность между температурой сплошной среды и температурой кипения агента при данном барометрическом давлении. Как следует из расчетных и экспериментальных данных, влиянием гидростатического столба жидкости, изменяющегося в процессе всплывания пузырька от 0,3 до 0,0 м, на температуру кипения агента, а следовательно, и на температурный напор при АТ 3° С можно пренебречь. При АТ, близком к нулю, это влияние существенно и может привести к явно ошибочному результату — увеличению коэффициента теплопередачи при уменьшении АТ. [c.59] На рис. 33 приведены экспериментальные данные, полученные при испарении пузырьков нормального пентана с начальными диаметрами Д — I мм и Д = 1,5 мм в координатах /С — т. Здесь же нанесены результаты опытов С. Сидемана при Д = 1,9 мм (значениям Ке 2200 при Д = 1,9 мм соответствует паросодержание до 25% по массе [171). [c.59] На основании экспериментальных данных были рассчитаны значения углов Р по уравнению (17). Результаты расчетов представлены на рис. 34, из которого следует, что в интервале изменения паросодержания 5% т 95% величина угла Р (штриховые линии) колеблется около среднего значения, равного 135° (сплошная линия). Таким образом, подставив в уравнение (17) значение угла р, можно получить величины мгновенных значений коэффициентов теплопередачи практически во всем диапазоне изменения паросодержания пузырька (при Ке 2200). [c.59] Изменение коэффициентов теплопередачи и поверхности контакта фаз за время полного испарения пузырька, естественно, затрудняет их использование в практических расчетах. Некоторые авторы предлагают относить коэффициент теплопередачи к начальной поверхности пузырька, поскольку ее сравнительно просто определить. Однако практическая целесообразность такого методического приема весьма сомнительна. [c.60] При движении испаряющегося одиночного пузырька в жидкости, находящейся в состоянии установившегося турбулентного движения, крупномасштабные пульсации увлекают пузырек вместе с прилегающими к нему слоями жидкости, однако вследствие различия плотностей пузырька и жидкости это увлечение не может быть полным. Мелкомасштабные пульсации не могут увлекать пузырек и по отношению к ним он будет вести себя как неподвижное тело. Пульсации промежуточного масштаба увлекают в свое движение пузырек не полностью. При неполном увлечении жидкость будет обтекать пузырек с относительной скоростью и [22]. [c.61] Количество энергии, диссипируемой в единице объема в единицу времени,. [c.61] При испарении пузырька агента в инертной среде, даже при паросодержании, равном нескольким процентам, величиной среднеобъемной плотности пузырька можно пренебречь по сравнению с плотностью теплоносителя. Коэффициенты теплопередачи при испарении пузырька, взвешенного в турбулентном потоке жидкости, В отличие от таковых при свободном всплывании пузырька, не зависят от размера последнего. [c.62] Движение парожидкостных пузырьков в барботажном слое существенно отличается от движения одиночного свободно всплывающего пузырька. Динамическое взаимодействие теплоносителя и пузырьков приводит к коалесценции и дроблению последних, вследствие чего в барботажном слое образуются энергетически более устойчивые пузырьки среднего размера. [c.62] Экспериментальная проверка, выполненная для систем пропан — водный раствор хлористого кальция, нормальный пентан — вода, сточные воды ЭЛОУ Херсонского НПЗ — газойль, подтвердила хорошее совпадение величин значений высоты барботажного слоя, определенных экспериментально и по уравнению (28). [c.64] Так как поверхностное натяжение яа границе вода — водяной пар больше, чем на границе парафин — водяной пар, при определенных условиях происходит отрыв паровой фазы от испаряющейся капли. После отрыва жидкость приобретает шарообразную форму и устремляется вниз. Капля падает до тех пор, пока вновь не образуется паровая фаза, при этом плотность пузырька становится меньше плотности парафина, пузырек начинает всплывать, и картина повторяется. [c.64] Подставив в выражение (29) значение входящих в него величин, получим 7 = 3,1 мм. Для капли воды с начальным радиусом 0,5 мм значению / = 3,1 мм соответствует паросодержание т = 15% по массе. [c.65] Интенсивность процесса теплообмена в случае отрыва паровой фазы существенно уменьшается, так как количество переданного тепла пропорционально произведению КД или Поэтому начальный диаметр капли воды должен быть таким, чтобы при заданных технологических параметрах работы испарителя (давление, температура и степень упаривания) величина конечного диаметра была меньше диаметра отрыва. [c.65] Вернуться к основной статье