ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структура потока при кипении жидкости в условиях свободного движе13-3. Структура двухфазного потока и теплообмен при кипении жидкости внутри труб из "Теплопередача " Процессы кипения имеют большое значение в теплоэнергетике, атомной энергетике, химической технологии и ряде других областей современной техники. К настоящему времени выполнено большое количество как отечественных, так и зарубежных работ, посвященных исследованию условий протекания кипения жидкостей и соответствующих закономерностей переноса тепла. [c.287] Кипение возможно во всем температурном интервале между тройной и критическими точками для данного вещества. В процессе фазового превращения поглощается теплота парообразования. Поэтому процесс кипения всегда связан с подводом тепла к кипящей системе. [c.287] Различают кипение жидкости на твердой поверхности теплообмена, к которой извне подводится тепло, и кипение в объеме жидкости. [c.288] При кипении на твердой поверхности образование паровых пузырьков наблюдается в отдельных местах этой поверхности. При объемном кипении паровая фаза возникает непосредственно в объеме жидкости в виде отдельных пузырьков пара. Объемное кипение может происходить лишь при значительном перегреве жидкой фазы относительно температуры насыщения при данном давлении. Значительный перегрев может быть получен, например, при быстром сбросе давления в системе. Объемное кипение может иметь место при наличии в жидкости внутренних источников тепла. [c.288] В современной энергетике и технике обычно встречаются процессы кипения на твердых поверхностях нагрева (поверхности труб, стенки каналов и т. п.). Этот вид кипения в основном и будет рассматриваться далее. [c.288] Механизм теплообмена при пузырьковом кипении отличается от механизма теплоотдачи при конвекции однофазной жидкости наличием молярного переноса массы вещества и тепла паровыми пузырями из пограничного слоя в объем кипящей жидкости. [c.288] Для возникновения процесса кипения необходимо выполнение двух условий наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения и наличие центров парообразования. [c.288] Перегрев жидкости имеет максимальную величину непосредственно у обогреваемой поверхности теплообмена. На ней же находятся центры парообразования в виде отдельных неровностей стенки, пузырьков воздуха, пылинок и др. Поэтому образование пузырьков пара происходит преимущественно непосредственно на поверхности теплообмена. [c.288] При пузырьковом кипении жидкости основной поток тепла от поверхности нагрева передается жидкой фазе, так как она обладает значительно большей теплопроводностью, чем паровая фаза (при р = = 1 бар для воды Я 0,68, а для водяного пара Хп= 0,02 вт/м-град). Поэтому, как. и в случае конвекции однофазной жидкости, основным тепловым сопротивлением при кипении является тепловое сопротивление пограничного слоя жидкости. Однако периодический процесс роста и отрыва отдельных паровых пузырьков от стенки, а также всплывание их вызывают сильное движение, турбулизацию жидкости, частично разрушающие пристеночный слой, что приводит к значительному увеличению интенсивности теплоотдачи по сравнению с конвекцией однофазной жидкости. [c.288] Эта зависимость аналогична зависимости (12-36), приведенной выше для критического радиуса капли. [c.289] Соотношение (13-3) определяет критический радиус сферического пузырька, находящегося внутри (в объеме) перегретой жидкости. [c.289] Отсюда видно, что чем больше перегрев жидкости Аг = Гж—Тп (и больше Ар или меньше / к), тем меньше величина работы Лмин- Итак, вероятность начала вскипания перегретой жидкости в объеме увеличивается по мере увеличения перегрева. [c.290] Увеличения перегрева жидкости и давления приводят к уменьшению Як, а следовательно, к увеличению общего числа действующих центров парообразования, большему перемешиванию жидкости в пограничном слое и увеличению теплоотдачи. [c.292] Величины отрывного диаметра при кипении зависят от краевого угла смачивания 0. С увеличением краевого угла смачиваемость поверхности жидкостью ухудшается. Паровой пузырек при отрыве приобретает большие размеры. [c.293] Когда краевой угол 0 становится больше я/2 (жидкость не смачивает поверхность), резко увеличивается доля поверхности нагрева, экранированная основаниями растущих пузырьков. Жидкость как бы оттесняется от поверхности, и поэтому интенсивность теплоотдачи уменьшается. Следует отметить, что обычно применяемые в энергетике теплоносители смачивают металлические поверхности. [c.293] При вынужденном движении кипящей жидкости на условия отрыва паровых пузырьков дополнительное влияние оказывает дина-ми ческий напор потока. Вследствие гидроди-намического воздействия потока на пузырек отрывной диаметр становится меньше и определяется толщиной пристеночного слоя кипящей жидкости. Толщина слоя изменяется в зависимости от числа Ке и интенсивности процесса парообразования. От этих факторов будет зависеть также и о. С увеличением Ке толщина пристеночного слоя жидкости уменьшается, уменьшается также величина йо. [c.293] Эта зависимость хорошо согласуется с опытными данными для широкого диапазона изменений давлений. Из приведенной фо )мулы следует, что при увеличении температурного напора скорость роста пузырьков растет при увеличении давления рост замедляется. [c.293] В области развитого кипения 2 показатель степени значительно повышается п 2 (см. ниже). [c.294] Пройдя максимум, теплоотдача постепенно снижается по мере вытеснения пузырькового режима кипения пленочным режимом. После переходной области 3 наступает область пленочного кипения 4. В области пленочного кипения величина А мало влияет на коэффициент теплоотдачи. [c.294] Вернуться к основной статье