Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Этилового Горизонтальная труба, наруж- 5-20 1 700-2 600
спирта ный диаметр 50 мм
Аммиачный Горизонтальный кольцевой канал с размерами 50 и 75 мм 1-4 1 400-2 600 а)
а> Суммарный коэффициент теплопередачи U при скоростях охлаждающей воды 1,2—2,4 м/с внутри трубы 114].
В табл. 8.1 приведены некоторые приближенные значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации паров на горизонтальных трубах и вертикальных поверхностях.
440 Глава 8
Смеси паров и неконденсирующихся газов
Анализ конденсирующейся системы, содержащей смесь паров или чистый пар в смеси с неконденсирующимся газом, значительно сложнее по сравнению с анализом системы, содержащей только чистый пар. Присутствие заметных количеств неконденсирующегося газа в общем случае уменьшает интенсивность теплоотдачи. Если желательно получить высокую интенсивность теплоотдачи, необходимо в практических целях продуть некон-денсирующий газ, который в противном случае будет покрывать газовой подушкой охлаждающую поверхность и значительно увеличивать термическое сопротивление. Неконденсирующиеся газы препятствуют массообмену, создавая диффузионное сопротивление. Полное рассмотрение вопросов, касающихся конденсации смесей, выходит за рамки этого раздела, и поэтому читателю можно рекомендовать работы [8, 15] в качестве исчерпывающего обзора существующих данных по этим вопросам.
8.3. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ
Кипение может возникнуть, когда поверхность, находящаяся в контакте с жидкостью, поддерживается при температуре выше температуры насыщения жидкости. В отличие от конвективного теплообмена однофазной жидкости, при котором плотность теплового потока зависит от разности температур между поверхностью и объемом жидкости, в случае теплообмена при кипении движущим потенциалом для теплового потока является разность между температурой поверхности и температурой насыщения при заданном давлении в жидкости. Когда подогреваемая поверхность погружена в неподвижную жидкость, процесс кипения называется кипением в большом объеме. Когда температура жидкости ниже температуры насыщения и происходит кипение, то этот процесс называется кипением с недогревом. Если, с другой стороны, жидкость находится при температуре насыщения, такой процесс известен как кипение насыщенной жидкости, или объемное кипение.
Различные режимы кипения в большом объеме схематично показаны на рис. 8.3. На рис. 8.3 плотность теплового, потока представлена в зависимости от разности температуры поверхности и температуры насыщения, для краткости называемой температурным напором ATx, для случая нагретой платиновой проволоки, погруженной в воду при атмосферном давлении [17]. В области 1 теплообмен осуществляется свободной конвекцией. В этой области жидкость вблизи проволоки перегрета, однако степень перегрева недостаточна для образования паровых пузырей. По мере увеличения температуры нагретой поверхности ^цергетический уровень жидкости вблизи поверхности станов
Конденсаций, кипение и мабсообмен 441
вится достаточно высоким, чтобы отдельные молекулы жидкости отрывались от остальных молекул с образованием паровых зародышей, которые в конце концов вырастают в пузыри пара. Этот процесс происходит одновременно на благоприятных для образования пузырей участках поверхности нагрева [18]. Первоначально паровые пузыри малы и конденсируются прежде, чем достичь свободной поверхности, но с ростом температуры число
1,0 10 100 1000 10 000
атх)°с
Рис. 8.3. Типичные кривые кипения воды на проволоке, трубе или горизонтальной поверхности в большом объеме при атмосферном давлении. 1 — чистая конвекция; тепло переносится перегретой жидкостью, поднимающейся к границе раздела фаз, на поверхности которой происходит процесс испарения; 2—режим образования одиночных пузырей; 3—режим образования непрерывных трубок пара; 4—переходный режим кипения; 5—режим устойчивого пленочного кипения; 6—режим пузырькового кипения.
пузырей увеличивается и они становятся более крупными. Наконец, пузыри достигают свободной поверхности. При дальнейшем росте температурного напора пузыри образуются более быстро, и в области 3 они сливаются в более или менее непрерывные паровые трубки, поднимающиеся к поверхности жидкости. Оба режима, 2 и 3, называются режимом пузырькового кипения.
Если продолжать увеличивать температурный напор, пузыри образуются настолько быстро, что сливаются на проволоке в сплошную пленку пара, которая покрывает поверхность. В этих условиях тепло передается через образовавшуюся пленку теплопроводностью. Поскольку коэффициент теплопроводности пара мал, термическое сопротивление этой пленки велико, что фактически вызывает уменьшение плотности теплового потока при возрастании температурного напора, как показано пунктирной кривой в области 4. Эта область соответствует переходу от пузырькового кипения к пленочному и является неустойчивой. Устойчивое пленочное кипение устанавливается в области 5,
442 Глава 8
когда плотность теплового потока снова начинает возрастать с увеличением температурного напора. Поскольку температура
