Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
5. ГпрП сложно зависит от давления, так как и Гпр, и Ts зависят от давления. Однако в координатах уравнения (9.18)
f ____j
в пределах точности опытов комплекс —------------ не зависит от
Тк Тж
безразмерного давления р/р1{.
6. Зависимость ГкрП от недогрева жидкости Ts — Тж изучалась в большом объеме на металлических поверхностях, а при вынужденном течении и на покрытиях из фторопласта-3. На
металлических поверхностях, т. е. при практически линейно зависит от Г, уравнения (9.18) приводит Тя—Тж
0,01, тх
(рс^)я
(рсА,)а
Гж, что в координатах
крИ '
^кр II
от
к независимости
т*-тж
. Следовательно, в контакт со стенкой входит жид-
TK-TS
кость с температурой, близкой к Гж, а не к Ts.
В табл. 9.1 даны для сравнения рассчитанные по уравнению (8.31) значения Ггр и Гпр для азота. Как видим, для всех материалов, кроме меди, Ггр > Гпр. На основе рассмотренного механизма кризиса пленочного кипения можно ожидать, что Ггр ^ Гпр. Это несоответствие тоже можно объяснить тем, что с уменьшением (рсА,)10 возрастает влияние теплосъема за счет пузырькового кипения на снижение Ггр. Но можно дать и другое объяснение. У материалов с малым значением (рcX)w медленно восстанавливается температура после нарушения контакта с жидкостью. Поэтому локальное снижение Тгс за счет касания жидкости со взрывообразным вскипанием (при Ггр > ГпР) мо-
Таблица 9.1
Температура кризиса пленочного кипения жидкости азота при I ат на поверхностях из различных материалов
Материал стенки ^крИ ^rpl т пр (Р^)ж (Р^)ш
Медь 100 99,7 109 78 1,96 ¦ 10“4
Нержавеющая сталь 118 114 109 78 10“2
Фторопласт-3 184 166 109 78 0,5
жет не успеть восстановиться к моменту повторного касания. Тогда при повторном касании может оказаться, что Ггр <С Тпр, и контакт может продолжаться. При реализации этого мехайиз-ма роль недогрева жидкости также может падать. Не исключено, что в действительности реализуются оба механизма.
Таким образом, установлено, что при обобщении опытных
т ______т
данных в координатах уравнения (9.18) —-------------------- зависит
Тк Тж
(рсЯ)ж ^ СРж^s ^ж)
только от ——— и безразмерного недогрева -----------------------------
(рсА/)^, г
Это позволило все опытные данные по Гкрц для криогенных жидкостей в условиях свободной и вынужденной конвекции обобщить с разбросом ±30% уравнением
/«Р11 0,165+ 2,5
Тк—Тж
(рсА,)я
0.25+ (рсХ)ж
(рсА,)^,
Оно получено в следующем диапазоне изменения параметров: (Р"-)ж - 1 СГ6 1: 0 = 0;
(рсХ)и
d3^/ g(-Py~pg.)->6;
= 0,02 ~ 0,63; =0-1,5;
Fr*=M*l/ Рж~Рп <160; У go
Rew<l,4-108.
Таким образом, кризис пленочного кипения криогенных жидкостей в исследованных случаях носит явно выраженный термодинамический характер. Он определяется термодинамической возможностью контакта жидкости со стенкой, т. е. температурой стенки в месте контакта. Температура стенки в месте контакта зависит от процесса нестационарной теплопроводности, который происходит между жидкостью и стенкой в месте контакта. Поэтому температура поверхности в месте контакта и связанная с ней температура кризиса зависят от отношения тепловых активностей рек жидкости и материала стенки.
В месте контакта, где возникают большие перегревы жидкости успевает развиться пузырьковое кипение. Слияние почти одновременно возникших на поверхности контакта паровых пузырей, по-видимому, и определяет продолжительность контакта жидкости со стенкой.
Естественно, что значительный теплосъем за счет пузырькового кипения в месте контакта снижает температуру поверхности контакта и таким образом обеспечивает увеличение темпе-
296
ра\гуры кризиса по сравнению с той, которая была бы только при теплосъеме теплопроводностью.
В рассмотренных опытах (вертикальная поверхность, вынужденное течение) возможность касания стенки гребнями волн жидкости гидродинамически была заведомо обеспечена даже при Tw — ГкрП за счет интенсивных колебаний поверхности раздела фаз.
Рис. 9.11. Обобщение опытных данных для жидкого азота (А) и воды (<» по температуре кризиса пленочного кипения
На рис. 9.11 опытные точки для воды располагаются много ниже расчетной кривой по уравнению (9.19). Угол смачивания для воды 0 = 40 -т- 45°. Вероятно, поэтому снижается площадь контакта жидкости со стенкой и влияет шероховатость. Влияние
0 на Гкри еще предстоит исследовать.
Используя зависимость температуры кризиса пленочного кипения от (рсХ)ш/(рсАК-, можно изменять значение ГкрП, например, увеличивая в широких пределах путем нанесения на металлические поверхности тонких покрытий из материала с малым значением (pcX)w. Окисные пленки и загрязнения, имеющие (рсХ) меньше основного материала, увеличивают Гкрц.
Специально исследовано влияние толщины покрытий бп на Ткр1. Результаты опытов, проведенных при захолаживании вертикально расположенных трубок из нержавеющей стали с покрытием из фторопласта-3 в большом объеме насыщенного азота представлены на рис. 9.12. С увеличением 6П ГкРц повышается, но при бп ^ 90 мкм зависимости Ткр11 от бп уже нет. Такой характер зависимости можно объяснить тем, что при
бп < 90 мкм в этих опытах Fon = > 0,25. Тогда за время
