ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Некоторые качественные особенности струйного охлаждения из "Струйное охлаждение" Ниже дается качественное описание особенностей динамики, а также переноса теплоты и массы для каледой стадии. [c.22] что тепловая релаксация мелких капель происходит с большей скоростью, чем крупных. На рис. 1.5 показаны кривые изменения средней температуры капли в зависимости от расстояния, пролетаемого каплей. Следует иметь в виду, что даже при одинаковой начальной скорости капель разных размеров мелкие капли теряют скорость значительно раньше крупных. Поэтому крутизна температурных кривых для мелких капель обусловлена как высокой скоростью тепловой релаксации, так и низкой скоростью движения. Для крупных капель оба указанных фактора действуют в обратном направлении, что и отражается в характере изменения средней температуры капли. [c.23] Испарение в процессе движения для капли наступает в тот момент, когда температура ее поверхности возрастает настолько, что давление насыщенного пара вблизи по верхности капли становится больше давления пара в парогазовой смеси. Градиент давления пара обусловливает со- ответствующий поток испарення. Если при этом средняя температура капли ниже температуры насыщения 4(р), то подводимый извне к поверхности капли тепловой поток разделяется на две части одна из них, равная ( —г/), отводится внутрь капли, обеспечивая продолжение процесса ее тепловой релаксации, а оставшаяся часть затрачивается на испарение. После окончания процесса тепловой релаксации при tsip) вся подводимая к капле теплота затрачивается на испарение. [c.23] На данной стадии процесса наряду с конвекцией существенную роль в подводе теплоты к капле играет излучение. В рассматриваемой системе основным источником излучения служит поверхность нагрева с высокой. температурой следует учитывать также излучение среды (парогазовой смеси и капель). [c.24] Взаимодействие с поверхностью нагрева — главная стадия реализации основного назначения процесса струйного охлаждения. Взаимодействие капли с поверхностью может протекать по-разному в зависимости от размера капли, ее скорости. [c.24] Капли небольшого размера, обладающие невысокой скоростью перед взаимодействием, при умеренной температуре поверхности оседают на ней в виде полусфер, так как действие силы тяжести невелико по сравнению с дейстаи-. ем силы поверхностного натяжения (предполагается, что жидкость капли смачивает поверхность теплообмена). Затем происходит испарение капли, причем теплота подводится через основание полусферы от стенки, а также через сферическую поверхность от парогазовой смеси (конвекцией и излучением) и от участков поверхности стенки, не занятых соседними каплями. Представляет интерес анализ гипотетического режима струйного охлаждения, при котором устанавливается динамическое равновесие между массовым потоком пара, генерируемого закрепленными каплями, и массовым потоком капель, поступающих на стенку. [c.24] При более высокой скорости и умеренной температуре стенки происходит деформация капли, смачивающей стен-, ку. Скорость испарения на этой стадии будет выше, чем на предыдущей. Вероятность полного испарения капли на стенке является сложной функцией (зависит от размера капли, скорости перед взаимодействием, параметров смачиваемости и пр.). Крупные капли после расплющивания -снова сворачиваются в шар и покидают поверхность теплообмена, потеряв часть жидкости на испарение. [c.24] Подробно рассмотренный выше элементарный акт, включающий движение и тепломассообмен одиночной капли, служит основой для определения интегрального эффекта струйного охлаждения, обусловленного воздействием на стенку ансамбля движущихся капель. При этом, кроме суммирования тепловых воздействий, отдельных капель на стенку, следует учитывать еще целый ряд дополнительных эффектов. [c.25] На стадии конденсации заметную роль играет коагуляция, в частности, кинематическая коагуляция приводит к замедлению движения крупных капель, увеличивает скорость их тепловой релаксации. Процесс конденсации пара из парогазовой смеси, лимитируемый конвективной диффузией пара в среде, будет иметь различную интенсивность для одиночной капли и каили, движущейся с другими каплями. При групповом движении возрастает степень турбу-лизации газообразной среды, а также конвективный поток пара на каплю. На стадии испарения на радиационные характеристики поглощающей среды оказывают влияние капли, расположенные между контрольной каплей, и поверхностью теплообмена. [c.25] Таким образом, интегральный эффект струйного охлаждения полиднсперсным ансамблем капель состоит из двух компонентов 7кп — плотности отводимого от поверхности нагрева теплового потока, обусловленного воздействием контактирующих с этой поверхностью капель, и — плотности теплового потока, отводимого от стенки парогазовой смесью. Такое разделение имеет условный. характер, ибо движение парогазовой смеси возникло главным образом вследствие движения ансамбля капель. [c.26] Будем рассматривать процесс тепломассообмена отдельной капли, состоящий из последовательных стадий, представленных в предыдущем параграфе. [c.26] В уравнении энергии для газовой фазы учитывается перенос теплоты конвекцией, теплопроводностью, потоком молекулярной диффузии и излучением. [c.27] К системе уравнений в частных производных следует добавить соотношения, связывающие локальные значения некоторых величин. К, таким. соотношениям относятся представленные выше зависимости (1.43) и (1.44), соотношение, связывающее давление насыщенного пара и температуру парогазовой смеси у поверхности раздела фаз, температурные зависимости для теплофизических параметров сред,-а также уравнение состояния для парогазовой смеси. [c.28] В ряде случаев следует учитывать зависимость физических параметров среды от температуры. В этом случае к системе дифференциальных уравнений добавляются выражения типа Я=Я(7 ), .1=ц(7 ), Ср=Ср(Т) и т. д. Чаще всего они имеют форму линейных или степенных зависимостей. .. [c.28] При низких давлениях парогазовой смеси (примерно 0,1 МПа) ее можно считать смесью идеальных газов, тогда справедливы закон Дальтона и уравнение Клапейрона. Следовательно, парциальное давление пара определяется соотношением рп=рп п7. [c.29] Парциальное давление газового компонента равно рс= =р—Рп, а концентрация газового компонента определяется выражением рг=рг// г7 . [c.29] Отсутствие взаимного скольжения фаз выражается в виде равенств Wxni=Wx Wzm=Wz. В частности, для движущейся капли выполнение этих равенств приводит к возникновению в капле циркуляционных токов. [c.30] В соотношениях, связывающих нормальные к поверхности раздела фаз компоненты скорости, должна учитываться плотность потока массы, обусловленная фазовым переходом. В то время как соотношения для усилий на поверхности раздела фаз, записанные выше без учета реактивной, силы, остаются справедливыми для всех стадий движения капли, нормальная составляющая скорости зависит от направления массопереноса (конденсация или испарение). [c.30] Рассмотрим подробнее нормальную составляющую скорости у границы раздела фаз со стороны парогазовой смеси. Для смеси [1.11] средняя скорость отдельных компонентов определяемся выражением Wi=j i/ i=ji/pi, где i i — плотность потока компонента в молях с — мольная концентрация компонента / — плотность массового потока р,—массовая концентрация. [c.30] Для газового компонента поверхность раздела фаз является непроницаемой, т. е. /г=0, поэтому для испарения йУгу=—гигр, а для конденсации Wry=Wгp. [c.31] Вернуться к основной статье