Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Эволюция кровеносной системы позвоночных животных: Биологическая эволюция – необратимый процесс исторического развития живой природы...
Интересное:
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2020-10-20 | 1192 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
А. Режимы кипения
Кипением называется процесс интенсивного парообразования на греющей поверхности или во всем объеме жидкости, находящейся при температуре насыщения или несколько превышающей ее, с образованием паровых пузырей. В процессе кипения поглощается теплота парообразования, поэтому процесс кипения всегда связан с подводом теплоты к кипящей системе.
Чаще всего кипение происходит на твердой поверхности и реже в объеме жидкости (при значительном перегреве жидкости относительно температуры насыщения).
Механизм теплообмена в кипящей жидкости отличается от теплообмена однофазной жидкости, поскольку при кипении паровыми пузырями переносится дополнительное количество теплоты и массы вещества, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.
Для возникновения процесса кипения необходимы два условия:
1) перегрев жидкости относительно температуры насыщения ;
2) наличие центров парообразования.
Различают два режима кипения:
1) пузырьковый;
2) пленочный.
Режим кипения, при котором пар образуется в виде отдельных периодически зарождающихся, растущих и отрывающихся газовых пузырей называется пузырьковым. С увеличением теплового потока отдельные пузырьки сливаются, образуя сплошной паровой слой, который периодически прорывается сквозь слой жидкости.
Режим кипения, который характеризуется наличием на поверхности пленки пара, которая обволакивает эту поверхность и отделяет ее от жидкости, называется пленочным.
Интенсивность теплоотдачи при пленочном режиме кипения меньше, чем при пузырьковом.
Б. Минимальный радиус пузырька
Стадии процесса парообразования:
1) зарождение пузырьков на поверхности нагрева ();
|
2) рост пузырьков и их отрыв при диаметре ;
3) движение пузырьков в объеме жидкости.
Минимальный размер парового пузырька в момент зарождения называется критическим радиусом . Этот размер соответствует размеру неровностей на поверхности, которые являются центрами парообразования.
Критический радиус определяется из условия термодинамического равновесия фаз.
Для возникновения и существования парового пузырька необходимо, чтобы сила давления пара Р1 внутри пузырька была не меньше суммы всех внешних сил, действующих на него, т. е силы давления жидкости и силы поверхностного натяжения. После несложных преобразований можно получить, что
,
где – теплота парообразования, ;
– температура насыщения, ;
- сила поверхностного натяжения жидкости, ;
- плотность пара, .
Из формулы видно, что при увеличении степени перегрева или давления критический радиус уменьшается и увеличивается общее число центров парообразования. В результате происходит интенсивное перемешивание жидкости в пограничном слое и увеличение теплоотдачи.
В. Отрывной диаметр пузырька
Паровой пузырек, зародившись на стенке, растет до некоторого размера – диаметра , при котором он отрывается. Этот размер называется отрывным диаметром.
В статистических условиях отрывной диаметр парового пузырька определяется из условий равновесия между подъемной силой, которая стремится оторвать пузырек от поверхности и силой поверхностного натяжения, удерживающей его на твердой поверхности.
В момент отрыва пузырек обычно деформирован, и форма его отклоняется от сферической. Поэтому под отрывным диаметром понимают эквивалентный диаметр .
Схема роста парового пузыря
q - угол смачивания.
q < 90 –жидкость смачивает поверхность;
q > 90 – жидкость не смачивает поверхность.
.
Из формулы следует: чем хуже смачиваемость (чем больше q), тем больше отрывной диаметр . В этом случае увеличивается доля поверхности нагрева, экранированная основаниями пузырьков, жидкость как бы оттесняется от поверхности и интенсивность теплоотдачи уменьшается.
|
Г. Кривая кипения
Кривая кипения – это кривая, показывающая зависимость теплового потока от степени перегрева жидкости.
,
где .
Рассмотрим характер изменения плотности теплового потока от перегрева жидкости.
Кривая кипения имеет шесть характерных областей.
1) конвективная область – область, соответствующая малым перегревам жидкости ;
2) область неустойчивого кипения – область, которая характеризуется небольшим количеством центров парообразования ;
3) область развитого пузырькового кипения;
4) переходная область – область, в которой тепловой поток постепенно снижается по мере вытеснения пузырькового кипения пленочным ;
5) устойчивое пленочное кипение, лучистый перенос теплоты относительно невелик;
6) пленочное кипение, лучистый перенос теплоты приобретает существенное значение.
При кипении в условиях пониженных давлений режим конвективного кипения может затягиваться до высоких перегревов жидкости (линия А-Б).
А при кипении несмачивающих жидкостей пленочный режим может наступить при малых перегревах (линия В-Г).
Д. Влияние некоторых факторов на интенсивность теплоотдачи при кипении
1. Влияние недогрева жидкости.
Кипение с недогревом (поверхностным кипением) называется кипение у поверхности теплообмена, при котором вдали от нее жидкость недогрета до температуры насыщения.
Чем больше недогрев жидкости, тем меньше область, охваченная кипением. Образующиеся на поверхности пузырьки сразу конденсируются, и процесс кипения ограничивается тонким пограничным слоем перегретой жидкости у поверхности.
В этом случае наблюдается поверхностное (конвективное) кипение.
Двухфазное состояние – лишь в пристенной области.
Коэффициент теплоотдачи меньше, чем при кипении перегретой жидкости, но более высокий по сравнению с конвекцией однофазной жидкости.
2. Влияние давления и теплофизических свойств
а. Влияние давления
При увеличении давления уменьшается поверхностное натяжение и уменьшается отрывной диаметр пузырьков (согласно , интенсивность теплоотдачи растет).
б. Влияние коэффициента теплопроводности жидкости
|
С увеличением коэффициента теплопроводности жидкости теплоотдача повышается, так как основной поток теплоты от стенки воспринимается жидкой, а не паровой фазой. Уменьшается термическое сопротивление микрослоя жидкости, находящейся под паровым пузырьком.
в. Влияние вязкости жидкости
С увеличением вязкости жидкости теплоотдача падает, так как уменьшается интенсивность перемешивания жидкости, обусловленная парообразованием.
Высота слоя жидкости над поверхностью теплообмена может оказывать влияние на теплоотдачу при небольших их уровнях, соизмеримых с размерами паровых пузырьков.
КРИЗИСЫ КИПЕНИЯ
А. Первый кризис кипения
Кризисами теплоотдачи при кипении жидкости называются процессы, связанные с коренным изменением механизма теплоотдачи.
Кризисы, которые наблюдаются в начале перехода пузырькового кипения в пленочное или в начале обратного перехода от пленочного кипения к пузырьковому – называются кризисами рода.
Первый кризис кипения наблюдается в начале перехода от пузырькового к пленочному кипению. Этот переход носит черты кризиса. В момент смены режимов кипения наблюдаются внезапное резкое снижение интенсивности теплоотдачи и соответствующее увеличение температуры теплоотдающей поверхности.
После даже при малом увеличении тепловой нагрузки слой паровых пузырьков превращается в сплошную паровую пленку, которая оттесняет жидкость от поверхности нагрева. Механизм теплоотдачи резко меняется, т.е. возникает кризис.
Максимальная тепловая нагрузка при пузырьковом кипении называется первой критической плотностью теплового потока и обозначается .
Критическая плотность теплового потока при кипении жидкости в большом объеме зависит от рода кипящей жидкости, давления, состояния поверхности, условий ее смачивания, а также наличии в жидкости примесей и поверхностно-активных добавок.
Температурный напор в момент достижения (т. е напор, соответствующий точке максимума на кривой кипения) называется критическим температурным напором .
Коэффициент теплоотдачи в момент начала кризиса кипения:
|
.
Критические тепловые потоки и температурные напоры (первый кризис кипения при атмосферном давлении).
Критический параметр | Жидкость | |||
1200 | 150 | 100 | 30 | |
25-30 | 11 | 11 | 2 |
В основу определения первой критической плотности теплового потока положена гидродинамическая теория кризисов, предложенная С.С. Кутателадзе, согласно которой кризис наблюдается в результате потери динамической устойчивости двухфазного потока вследствие того, что пар отбрасывает жидкость от поверхности теплообмена.
Кутателадзе С.С. получил расчетное уравнение для :
; .
Формула описывает опытные данные для неметаллических теплоносителей в условиях большого объема при свободной конвекции жидкости с малой вязкостью.
- критерий устойчивости.
Он характеризует меру отношения энергии динамического потока пара к энергии, необходимой для ускорения частиц жидкости, отбрасываемых от стенки, до скорости основного потока. При вынужденной конвекции его величина зависит от скорости.
При кипении жидкости в условиях вынужденного движения внутри труб критический тепловой поток зависит еще от скорости и паросодержания.
Б. Второй кризис кипения
Когда тепловая нагрузка на поверхности нагрева задана и не зависит от условий теплообмена, обратный переход от пленочного режима кипения к пузырьковому происходит при минимальной тепловой нагрузки .
Этот переход также носит кризисный характер: паровая пленка внезапно разрушается и температура поверхности скачкообразно снижается.
Минимальная тепловая нагрузка при пленочном режиме кипения жидкости называется второй критической плотностью теплового потока и обозначается . А соответствующий ей температурный напор, отвечающий точке минимума на кривой кипения, есть .
Значение при кипении насыщенной жидкости в большом объеме существенно меньше, чем .
,
где - эмпирический коэффициент.
При свободной конвекции: .
Вторые критические нагрузки зависят от рода жидкости, размеров поверхности, давления, шероховатости поверхности и др.
Для воды при атмосферном давлении (кипение на поверхности горизонтальных труб).
В зависимости от диаметра труб изменяется по закону:
.
Критическая приведенная скорость парообразования пропорциональна скорости всплывания больших деформированных пузырей пара:
.
ПУЗЫРЬКОВОЕ КИПЕНИЕ
|
|
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!