ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теплоотдача и критические тепловые потоки при кипении в большом объеме из "Тепломассообмен Изд3" Кривой кипения называется зависимость д =/(АГ), где д — плотность теплового потока на поверхности нагрева АГ = Т, — температурный напор. Кривую кипения получают опытным путем. Поскольку она охватывает большой диапазон изменения д и АГ, ее обычно строят в логарифмических координатах. Для кипения воды при атмосферном давлении кривая кипения приведена на рис. 13.4. [c.339] Рассмотрим процесс кипения жидкости в большом объеме при постепенном повышении температуры поверхности нагрева. Этот способ обогрева поверхности соответствует граничным условиям первого рода. Практически он реализуется в том случае, когда поверхность, на которой кипит жидкость, с противоположной стороны обогревается горячим теплоносителем (например, паром), температуру которого постепенно увеличивают. [c.339] Точка В на кривой кипения является точкой начала кипения. Ей соответствует температурный напор АГ , который зависит от состояния поверхности (размера и числа активных центров парообразования). Область АГд АГ ДГ р , где АГ р, — первый критический температурный напор соответствует пузырьковому режиму кипения. В этой области сначала в центрах парообразования образуются паровые пузырьки, которые быстро растут и, достигнув отрывного диаметра всплывают вверх. Так как жидкость перегрета, то по мере движения пузырьков происходит ее интенсивное испарение и размер пузырьков многократно увеличивается. [c.340] Поскольку частота отрыва велика, то с начала образования пузырьков происходит интенсивное перемешивание пристенного слоя жидкости, что приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи. Как только началось пузырьковое кипение, незначительное повышение температуры приводит к существенному росту отводимого теплового потока (расходуемого в конце концов на образование пара). [c.340] Дальнейший рост АТ приводит к образованию около поверхности нагрева областей с повышенным паросодержанием. Однако и в этом случае на стенке, как показывают наблюдения, еще имеется очень тонкая пленка жидкости, толщина которой периодически изменяется с течением времени. Средняя статистическая толщина этой пленки 5дф определяет значение а. Поскольку значение 5зф составляет порядка десятков микрометров, то в этой области коэффициенты теплоотдачи достигают больших значений. [c.341] Когда температурный напор приближается к АГ р,, скорость роста теплоотдачи уменьшается, что связано с образованием сухих пятен — паровых областей, вытесняющих пленку жидкости с нагреваемой поверхности. [c.341] Точка С на кривой кипения называется первой критической точкой. Ей соответствует первая критическая плотность теплового потока Начиная с этой точки при повышении АТ кипение уже имеет качественно другой характер. Поверхность нагрева в этом случае отделена от жидкости нестабильной паровой пленкой, эта пленка периодически разрушается, позволяя жидкости контактировать с поверхностью. Жидкость, оказавшаяся на стенке, очень быстро вскипает, а образовавшийся пар сливается с тем паром, который уже имеется в пристенной зоне. С увеличением АТ все большее количество жидкости около стенки превращается в пар, и при АТ = АГ р2 доступ жидкости к поверхности вообще прекращается. [c.341] Кипение жидкости при наличии нестабильной паровой пленки на поверхности нагрева называется переходным режимом кипения. На кривой кипения он соответствует участку СО. [c.341] Если температурный напор больше АГ р2, то режим кипения называется пленочным. Он характеризуется тем, что на поверхности нагрева существует устойчивая пленка перегретого пара. При пленочном кипении перенос теплоты через паровую пленку осуществляется путем теплопроводности, конвекции и излучения. Поскольку теплопроводность пара мала, то интенсивность переноса теплоты при пленочном режиме кипения значительно ниже, чем при пузырьковом. Поэтому отводимые от стенки тепловые потоки могут быть большими только при высоких температурах стенки. [c.341] Роль переноса теплоты излучением возрастает с увеличением температуры Гд, и при Т 1000 К для кипения воды (р = 0,1 МПа) коэффициент теплоотдачи излучением становится соизмеримым с конвективным коэффициентом теплоотдачи. [c.341] При пленочном кипении на горизонтальных трубах пар движется вверх по периметру трубы и удаляется от нее в виде отрывающихся пузырьков. Обычно при этом наблюдается ламинарное движение пара около трубы. Если труба расположена вертикально, то, как правило, течение пара турбулентное. [c.342] Мы рассмотрели смену режимов кипения при постепенном увеличении температурного напора, что обеспечивается таким же изменением температуры стенки Т . Кривая кипения останется такой же, если идти в обратном направлении, т.е. за начальную точку принять точку Е (рис. 13.4). Плавно уменьшая Т , мы придем в точку О, в которой устойчивое пленочное кипение прекратится и начнется переходный режим кипения, который продлится до точки С, после чего будет пузырьковый режим. Таким образом, как при прямом, так и при обратном ходе кривая выглядит одинаково. [c.342] В процессе кипения при постепенном увеличении плотности теплового потока (тепловой нагрузки) на кривой кипения будет отсутствовать участок СО (переходный режим кипения), а прямой и обратный ходы процесса кипения будут отличаться друг от друга (рис. 13.5). Указанный выше способ обогрева поверхности соответствует граничному условию второго рода (на стенке задано д). Зависимой переменной в этом случае является (или АТ). [c.342] При обратном ходе, начинающемся от точки Е, процесс кипения протекает следующим образом. Ход зависимости ц = ДАТ) на линии ЕВ такой же, как на рис. 13.4. Однако, рассуждая аналогично тому, как это было сделано для прямого хода, нетрудно убедиться, что при снижении д произойдет переход от пленочного режима кипения к режиму, который на кривой кипения (рис. 13.5) условно показан линией ВВ. При дальнейшем снижении тепловой нагрузки процесс пузырькового кипения будет протекать по линии В ВА. [c.343] Подчеркнем, что при кипении в большом объеме имеют место две критические плотности теплового потока д р, и и соответственно два критических температурных напора АГ р, и АГ рг- Величина (у р, представляет собой максимальную плотность теплового потока, который можно отвести от поверхности при пузырьковом режиме кипения. В случае обогрева при граничном условии второго рода (на поверхности задано д) р, называется также первой критической тепловой нагрузкой. Величина р2 является минимальной плотностью теплового потока, который можно отвести от поверхности при пленочном режиме кипения. Она называется также второй критической тепловой нагрузкой. [c.343] Следует подчеркнуть, что рост коэффициента теплоотдачи с увеличе-Рис. 13.6. Зависимость а = /(ц) при кипении нием АГ и д происходит ТОЛЬКО тогда, воды в большом объеме (р = 0,101 МПа) огда АГ Г р, Я д . Превышение температурного напора и тепловой нагрузки сверх их первых критических значений приводит к резкому уменьшению а, так как при этом пузырьковый режим кипения переходит в пленочный. График зависимости а = / д) приведен на рис. 13.6. [c.344] На теплоотдачу при пузырьковом режиме кипения оказывают влияние такие факторы, как чистота жидкости, наличие в ней растворенных газов, состояние поверхности нагрева (шероховатость, однородность, смачиваемость, адсорбционные свойства и др.). Поэтому опытные данные, полученные на разных установках при одних и тех же значениях р и д, могут отличаться друг от друга. [c.344] Приближенная теория процесса теплообмена при развитом кипении предложена Д.А. Лабунцовым. Модель Лабунцова основана на том, что при развитом кипении, когда объемное содержание пара около поверхности нагрева велико, на ней сушествует тонкая пленка жидкости, сохраняющаяся вплоть до значений д, близких к значениям р,. Малое термическое сопротивление этой пленки и определяет высокую интенсивность теплоотдачи при кипении. [c.344] Прир рщ, 0,05 значения найденные по (13.13), (13.15) и по формуле Кутателадзе, практически совпадают друг с другом. [c.347] Теплоотдача при пленочном кипении. Переход к пленочному кипению, как указывалось выше, сопровождается снижением интенсивности отвода теплоты. Существенное влияние на толщину паровой пленки, которая создает основное термическое сопротивление переносу теплоты, оказывает форма и расположение в пространстве поверхности нагрева. [c.347] Вернуться к основной статье