ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплоотдача при изменении агрегатного состояния из "Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии Издание третье" Часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые материалы изменяют агрегатное состояние испаряются, конденсируются, плавятся или кристаллизуются. Особенности таких процессов теплообмена заключаются в том, что тепло подводится к материалам или отводится от них при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах. Эти особенности теплоотдачи при изменении агрегатного состояния могут быть учтены путем введения в уравнения подобия конвективного переноса тепла дополнительного числа подобия, учитывающего теплоту изменения агрегатного состояния. [c.129] Рассмотрим процесс теплообмена при конденсации пара. Выберем на поверхности раздела жидкой и паровой фаз элементарную площадку йР. Пар, непрерывно конденсируясь, переходит в жидкую фазу. Обозначим линейную скорость жидкости, образующейся при конденсации пара и протекающей через выбранную элементарную площадку, т, плотность этой жидкости р и теплоту парообразования г. Очевидно, что количество тепла, передаваемое жидкости от пара при его конденсации через площадку в единицу времени, составит dQ = rpwdF. [c.129] Из различных случаев теплоотдачи при изменении агрегатного состояния наибольшее значение для процессов химической технологии имеют теплоотдача при конденсации паров и теплоотдача при кипении жидкостей. [c.130] Теплоотдача при конденсации паров. Расчетные зависимости по теплоотдаче при конденсации паров можно получить как на основе теории подобия, так и на основе гидродинамического и теплового анализа процесса конденсации. Естественно, что как первый путь, так и второй путь дают одинаковые результаты при одинаковой схеме процесса. [c.130] Наиболее удовлетворительной схемой процесса конденсации паров следует признать схему Нуссельта, согласно которой, на поверхности твердого тела, воспринимающего тепло от пара, происходит пленочная конденсация при отсутствии конденсации в виде капелек — капельной конденсации. Пленка жидкости, образующаяся на поверхности твердого тела, представляет собой основное термическое сопротивление распространению тепла от пара к твердому телу. Эта пленка стекает с тела и по мере движения книзу утолщается в результате конденсации пара по всей поверхности твердого тела. [c.131] В результате гидродинамического и теплового анализа процесса, пленочной конденсации пара, а также представления опытных данных в виде уравнения подобия (6.69) получены следующие соотнощения. [c.131] Теплоотдача при конденсации паров зависит при прочих равных условиях от скорости и направления течения паров, от состояния поверхности конденсации, от состава паров и их перегрева. [c.131] При шероховатых поверхностях коэффициенты теплоотдачи меньше, чем при гладких, так как их сопротивление течению жидкой пленки больше и потому меньше скорость стекания пленки и больше ее толщина. [c.132] Теплоотдача при конденсации паров, содержащих газы, менее интенсивна, чем теплоотдача при конденсации чистых паров. Содержание в водяном паре 1% воздуха уменьшает коэффициент теплоотдачи на 60%, а содержание 3% воздуха —на 80%. Дальнейшее увеличение примесей воздуха в меньшей мере влияет на величину коэффициента теплоотдачи. Указанное явление объясняется тем, что при конденсации паров, содержащих инертные газы, возникает дополнительное термическое сопротивление, оказываемое инертными газами, скапливающимися у поверхности пленки. [c.132] Если конденсируется смесь паров, образующая раствор из нескольких веществ, то конденсация протекает так же, как и конденсация паров индивидуальных веществ. В этом случае при вычислении коэффициента теплоотдачи по формулам (6.70) — (6.72) берутся значения физических параметров раствора. Если же конденсирующаяся смесь паров образует жидкость, состоящую из несмешивающихся компонентов, то теплоотдача обусловливается физическими свойствами того компонента, содержание которого больше, чем его должно быть в постоянно кипящей смеси. Конденсация ларов с составом постоянно кипящей смеси может протекать с коэффициентами теплоотдачи, как большими, так и меньшими, чем для чистых компонентов смеси, в зависимости от характера смачивания поверхности образующимся конденсатом. [c.132] Теплоотдача при кипении жидкостей. Теплоотдача при кипении жидкостей относится к числу особенно сложных процессов, поэтому до последнего времени никому из исследователей не удалось еще сделать теоретических обобщений, позволяющих вполне надежно вычислять коэффициенты теплоотдачи для этого случая. [c.132] Измерение температур в объеме кипящей жидкости указывает на следующий характер температурного поля. НепосреД ственно у поверхности нагрева жидкость имеет температуру, равную температуре этой поверхности. На расстоянии 2—3 мм от поверхности нагрева температура жидкости резко уменьшается до значения, превышающего на 0,3—0,5 °С температуру образующегося пара. Эта температура сохраняется практически во всем объеме жидкости, т. е. жидкость в основной массе незначительно перегрета. [c.133] Расчет по формуле (6.73), выведенной на основе теории капиллярности, показывает, что пузырьки водяного пара, отрывающиеся от поверхности нагрева при кипении воды при атмосферном давлении, имеют диаметр 2—3 мм. [c.133] При рассмотрении функциональной зависимости а = /(ДО для воды, кипящей в большом объеме, видно, что при значениях М до 5°С и соответственно плотностей теплового потока до 6000 Вт/м наблюдается плавный рост а при возрастании Д/ и теплоотдача обусловливается в основном естественной конвекцией, При дальнейшем увеличении Мид число центров парообразования на поверхности нагрева растет, что приводит к возрастанию а. При критической и большей разности температур поверхность нагрева покрывается сплошной пленкой пара и коэффициент теплоотдачи резко уменьшается. [c.134] Кипение при наличии сплошной пленки пара на поверхности нагрева называют пленочным, в отличие от кипения с парообразованием лишь в отдельных центрах, которое называют пузырьковым, или ядерным. [c.134] Критическая разность температур зависит от природы кипящей жидкости, температуры, давления и характера поверхности нагрева. Так, для воды, кипящей при атмосферном давлении, критическая разность температур составляет 25°С, для бензола 40°С, для бутанола а20°С и т, д. [c.134] Очевидно, что выбираемые прй осуществлении процессов кипения рабочие разности температур не должны превышать критических. [c.134] Вернуться к основной статье