Теплоотдача при кипении
Кипение – это процесс образования пара при подводе тепла к кипящей жидкости. Тепловой поток, подводимый к кипящей жидкости, расходуется на процесс парообразования
где F, м2 – площадь поверхности нагрева; Тс – температура поверхности; Ts - температуранасыщения; G, кг/с – количество образовавшегося пара за 1с (расход пара); r –Дж/кг – теплота парообразования. Уравнение (8.1) является уравнением теплового баланса процесса кипения. Для возникновения процесса кипения необходимы два условия: 1. Наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения (ts), рис. 8.1. Для воды при атмосферном давлении перегрев ΔТ=Tж-Ts=0,2¸0,4°С, максимальный перегрев ΔТ=Tс-Ts может составлять 3¸150оС и выше. 2. Наличие центров парообразования, которыми могут служить микрошероховатости поверхности нагрева, адсорбированные поверхностью пузырьки газа, твердые частицы. Кипение может происходить во всем объеме жидкости или на твердой поверхности нагрева. В промышленных устройствах кипение, как правило, происходит на поверхности нагрева и может осуществляться в условиях естественной конвекции (кипение в большом объеме) или принудительной циркуляции. Кипение может быть пузырьковым или пленочным. При пузырьковом кипении пар образуется в виде пузырьков, периодически зарождающихся около центров парообразования. Зародившийся паровой пузырек с минимальным (критическим) радиусом (rк) растет, вследствие подвода теплоты, до отрывного диаметра (d0), затем отрывается от поверхности нагрева и всплывает. Около освободившегося центра парообразования вновь зарождается паровой пузырек. Этот процесс периодически повторяется с определенной частотой – частотой отрыва парового пузырька (f). Величина w¢¢=d0 f характеризует среднюю скорость роста паровых пузырей. При пленочном кипении, которое характеризуется большими перегревами (Тс-Тs), у поверхности нагрева образуется паровая пленка, отделяющая жидкость от поверхности. Теплопроводность пара значительно меньше, чем жидкости, поэтому интенсивность теплообмена при пленочном кипении в десятки раз ниже, чем при пузырьковом. Интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении зависит от микрохарактеристик и режимных параметров процесса кипения. К микрохарактеристикам относятся: · минимальный (критический) радиус парового пузыря (rк); · отрывной диаметр пузыря (d0); · частота отрыва (f) и скорость роста (w¢¢) пузырей. К режимным параметрам относятся: · давление кипящей жидкости (р); · перегрев жидкости (ΔТ=Tс-Ts); · тепловой поток, подводимый к 1 м2 поверхности нагрева (q); · скорость движения кипящей жидкости (w). Теоретически и экспериментально установлено, что с увеличением Теплоотдача при кипении зависит от свойств кипящей жидкости растет: · с увеличением коэффициента теплопроводности (l); · с уменьшением коэффициента поверхностного натяжения (s); · с уменьшением вязкости жидкости (v). Влияние на теплообмен при кипении оказывают состояние поверхности нагрева, ее материал, смачиваемость, количество адсорбированных газов и свойства греющей стенки. Теплоотдача растет с увеличением шероховатости поверхности, теплопроводности и толщины греющей стенки. Все эти факторы влияют на число центров парообразования. Интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении практически не зависит от формы и размеров теплоотдающей поверхности. На рис. 8.2 приведена зависимость теплового потока от температурного напора При подводе тепла к поверхности нагрева в условиях естественной конвекции повышается температура поверхности (Тс), жидкость воспринимает теплоту, нагревается и кипит. Можно выделить следующие участки кривой кипения, рис. 8.2.: 1 - конвективный теплообмен; 2 - конвективный теплообмен со слабым кипением жидкости; 3 – развитое пузырьковое кипение; 4 – переходная область от пузырькового кипения к пленочному; 5 – пленочное кипение; 6 – пленочное кипение со значительным лучистым теплообменом через паровую пленку. При максимальном значении теплового потока ( ) наступает кризис кипения, который заключается в изменении режима кипения; называют первой критической плотностью теплового потока. При кипении жидкостей на горизонтальной плоской поверхности в условиях естественной конвекции первая критическая плотность теплового потока рассчитывается по формуле
где r, Дж/кг – теплота парообразования; rп, rж – плотность паровой и жидкой фаз при температуре насыщения ts; s, Н/м – коэффициент поверхностного натяжения жидкости; g =9,8 м/с2. Постепенный переход пузырькового режима в пленочный, осуществляемый на участке СВ на практике реализуется при омывании другой стороны теплопередающей поверхности горячим конденсирующимся паром. В этом случае температура поверхности (Тс), а следовательно, перегрев жидкости (DТ) определяется давлением конденсирующегося пара и от процесса кипения не зависит. При электрическом обогреве поверхности или радиационном (в паровых котлах) переход пузырькового кипения в пленочное произойдет скачкообразно (линия СD, рис. 8.2) и может сопровождаться сильным перегревом и разрушением поверхности нагрева. Поэтому в промышленных теплообменниках с кипением жидкостей не допускают q= , обеспечивают q< .
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1972)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |