ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МАССООБМЕН Глава четырнадцатая. Уравнения теории массо- и теплообмена из "Тепломассообмен Изд3" Особенности кризисов теплоотдачи в трубах. В тех случаях кипения, когда жидкость омывает внутреннюю поверхность трубы, интенсивность теплоотдачи высокая и температура стенки незначительно отличается от температуры насыщения. При определенных условиях контакт жидкости со стенкой может прекратиться и стенка будет омываться паром. Так как теплопроводность пара много меньше теплопроводности жидкости, то интенсивность отвода теплоты от стенки при этом резко снизится, что при сохранении тепловой нагрузки приведет к увеличению ее температуры. Рост температуры стенки может быть настолько высоким, что произойдет разрушение (пережог) ее материала. Описанное явление, наблюдающееся при кипении в трубах, принято называть кризисом теплоотдачи (или кризисом теплообмена). [c.356] Знание условий, при которых наступает кризис теплоотдачи, необходимо для обеспечения надежной эксплуатации парогенерирующих труб и каналов в тепловой и ядерной энергетике. Если превысить допустимую тепловую нагрузку, то ядерный реактор либо придет в аварийное состояние, либо (в благоприятном случае) резко уменьшится срок службы его тепловыделяющих элементов. Аварийное состояние из-за кризисов теплоотдачи может наступить и при кипении воды в трубах, расположенных в топке парового котла, особенно при большом выделении теплоты, которое имеет место, например, при сжигании мазута. [c.356] В случае кипения в большом объеме момент наступления кризиса теплоотдачи при увеличении тепловой нагрузки выяснить просто. Для этого достаточно вычислить значение д р], которое для данной жидкости зависит только от давления. При этом кризис теплоотдачи однозначно связан с изменением механизма парообразования вблизи поверхности нагрева (кризисом кипения), т.е. переходом от пузырькового режима к пленочному. Изменение механизма парообразования является причиной кризиса теплоотдачи и при кипении в трубах, однако здесь (помимо давления) его наступление зависит еще от таких факторов, как структура и паросодержание потока в данном сечении трубы, массовая скорость, диаметр трубы и др. Поэтому универсальную формулу для расчета кризиса теплоотдачи в трубах получить затруднительно, и условия его наступления наиболее надежно можно выяснить с помощью экспериментально полученных данных, которые обычно сводятся в таблицы. [c.356] Основные механизмы кризиса теплоотдачи. Значения параметров, при которых наблюдается кризис теплоотдачи при кипении жидкости в трубе, можно зафиксировать в следующем опыте. [c.357] При высоких тепловых нагрузках кризис теплоотдачи наступает и тогда, когда вода еще не догрета до температуры насыщения, а образование пара происходит только в поверхностном слое жидкости. При этом х р 0. [c.357] Второй участок кривой на рис. 13.12 соответствует повышенному содержанию пара в двухфазном потоке (дисперсно-кольцевой режим течения). В этом случае кризис теплоотдачи также связан с переходом от пузырькового режима кипения. к пленочному, однако по сравнению с первым участком этот кризис наступает при меньших тепловых нагрузках. [c.358] Поскольку механизм образования кризиса теплоотдачи на первом и втором участках кривой один и тот же, эти два участка часто объединяют в один и называют участком кризиса первого рода. [c.358] Дисперсно-кольцевой режим течения постепенно переходит в дисперсный. При интенсивном кипении в жидкой пленке наблюдается вынос влаги с ее поверхности в ядро потока, который возникает вследствие разрыва поверхности отрывающимися пузырьками. Одновременно происходит осаждение капель из ядра потока на поверхности пленки. По мере роста паросодержания наступает момент, когда испарение и унос влаги из пленки не компенсируется выпадением капель из ядра потока, пленка высыхает. Высыхание пленки приводит к резкому снижению а на графике (рис. 13.12) этот момент отмечается точкой излома кривой = /(х р) (рис. 13.12, точка 1). Значение х р, которое соответствует области резкого снижения р, называется граничным паросодержанием, а кризис теплоотдачи вследствие высыхания жидкой пленки называется кризисом второго рода. Процесс высыхания пленки является неустойчивым, так как на нее продолжают выпадать капли из ядра потока. Полное высыхание пленки при этом происходит при значении паросодержания, несколько большем х, . Точка 2 на рис. 13.12 называется точкой начала кризиса орошения. [c.358] При р 6 МПа и ри 2500 кг/(м с) резкого излома кривой не наблюдается и кризис теплоотдачи объясняется недостаточным орошением каплями стенки жидкости. [c.358] Значения критических плотностей теплового потока р (кризисы первого рода) в зависимости от относительной энтальпии х при некоторых значениях р м pv для трубы диаметром = 8 мм приведены в табл. 13.1. [c.358] В табл. 13.2 даны граничные паросодержания при кипении воды в трубе диаметром dQ = мм. [c.358] Опытные данные показывают, что Xj,p слабо зависит от неравномерности распределения теплового потока по длине трубы. [c.360] Коэффициенты запаса до кризиса. Если требуется, чтобы парообразование в трубе происходило без кризисов теплоотдачи, необходимо найти значение предельно допустимой тепловой нагрузки на поверхности трубы. Этот вопрос решается с помощью коэффициента запаса до кризиса. Чтобы найти коэффициент запаса, поступают следующим образом. [c.360] Из (13.20а) видно, что связь между д и линейная. Следовательно, можно провести прямую через точку а (или точку Ь) и точку, лежащую на горизонтальной оси (ее координата Хз )- Прямая пересечет линию кр /( ) вертикальную прямую х = (см. рис. 13.13). [c.361] Формула (13.21) определяет запас до кризиса первого рода, а (13.22) — до кризиса второго рода. [c.361] Задача 1. Найдите коэффициент теплоотдачи а и температуру поверхности нагрева при пузырьковом кипении воды в большом объеме. Давление р = 5,5 МПа, а тепловая нагрузка q = 0,2 МВт/м . [c.361] Задача 2. Температура поверхности нагрева парогенератора = 268 °С. Давление пара р = 4,7 МПа. Найдите расход производимого пара в расчете на 1 м поверхности нагрева. [c.362] Расход образующегося пара равен 0,15 кг/(м с). [c.362] Решая это уравнение, получаем = 136 кВт/м . Ответ. Тепловая нагрузка = 136 кВт/м . [c.362] Вернуться к основной статье