Теплообмен при кипении жидкости

Различаютпузырьковое и пленочное кипение. Для режима пузырькового кипения характерен процесс развития в центрах парообразования отдельных пузырьков пара и их дальнейшего всплытия. В этом случае основная часть поверхности нагрева омывается жидкостью, причем жидкость, а в особенности находящаяся у поверхности нагрева,хорошо перемешивается благодаря отрыву и дальнейшему всплытиюпузырьков пара. Поэтому между жидкостью и поверхностью нагрева происходит интенсивный теплообмен. В процессе всплытия рост пузырьков продолжается. Количество центров парообразования невелико и значительная часть тепла отводится конвекцией (рис.14.3, зона А). С ростом плотности теплового потока растет коэффициент парообразования. Кипение переходит в развитое пузырьковое. Увеличение частоты отрыва приводит к тому, что пузыри догоняют друг друга и сливаются. С увеличением температуры поверхности нагрева число центров парообразования резко возрастает, все большее количество оторвавшихся пузырьков всплывает в жидкости, вызывая ее интенсивное перемешивание. На перегретый слой кроме возмущающего действия пузырей также воздействует турбулентные пульсации двухфазного потока. Движущаяся жидкость оказывает влияние на теплообмен. Это приводит к значительному росту теплового потока от поверхности нагрева к кипящей жидкости (росту коэффициента теплоотдачи). Соответственно возрастает и количество образующегося пара (рис.14.3, зона Б).

Увеличение центров парообразования приводит к слиянию паровых пузырей отдельных центров парообразования. Число пузырьков пара настолько много и частота отрыва их настолько велика, что отдельные пузырьки превращаются в паровые пленки. Увеличение центров парообразования приводит к слиянию паровых пузырей отдельных центров парообразования. Число пузырьков пара настолько много и частота отрыва их настолько велика, что отдельные пузырьки превращаются в паровые пленки. При достижении определенного критического значения теплового потока начинается второй, переходный режим кипения. При этом режиме большая доля поверхности нагрева покрывается сухими пятнами из-за прогрессирующего слияния пузырьков пара. Теплоотдача и скорость парообразования резко снижаются, так как пар обладает меньшей теплопроводностью, чем жидкость. Наступает кризис кипения первого рода (рис.14.3, зона В). Когда вся поверхность нагрева обволакивается тонкой паровой пленкой, возникает третий, пленочный, режим кипения. При нем теплота от поверхности передается к жидкости через паровую пленку путем теплопроводности и излучения (рис.14.3, зона Г). При дальнейшем увеличении теплового потока происходит нарушение паровой пленки (высыхание), коэффициент теплообмена еще раз резко уменьшается ― кризис кипения второго рода (на рисунке нет). Обычно после этого начинается разрушение теплопередающей поверхности.

Рисунок 14.3 – Изменение коэффициента теплоотдачи воды при кипении

Установление существования имеет большое практическое значение для выбора оптимального режима работы кипятильных и выпарных аппаратов.

Для воды: =25…35°С; =150°С.

Для пузырькового кипения:

, (14.13)

где - температура насыщения. Все параметры берутся по ;

.

Литература: [4], с. 47-50; [5], с. 165-181; [11], с. 37-40; [12], с. 41-44.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое динамический и тепловой пограничный слой? Объясните их физический смысл.

2. На какие подслои делится пограничный слой при турбулентном режиме движения жидкости?

3. Особенности омывания шахматного и коридорного пучков труб.

4. Особенности омывния одиночной трубы.

5. Сформулируйте основной закон теплоотдачи конвекцией.

6. Что такое кризис кипения?

7. Каковы особенности теплоотдачи при кипении жидкости?

8. Назовите виды режимов кипения жидкости.