ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Боришанский. Учет влияния давления на теплоотдачу и критические нагрузки при кипении на основе теории термодинамического подобия из "Вопросы теплоотдачи и гидравлики двухфазных сред " В предыдущей статье [Л. 1] было показано, каким образом могут быть сформулированы законы подобия процессов передачи тепла при переменных физических свойствах вещества, в частности при переменных коэффициентах вязкости и теплопроводности. [c.14] Использованный метод основывается на факте существования общей для термодинамически подобных веществ функциональной зависимости для коэффициентов вязкости и теплопроводности. Наличие этой общей зависимости вытекает из теории термодинамического подобия, которая, кроме обоснования указанных функциональных зависимостей, позволяет установить их общую рму в виде произведения размерного множителя, составленного из главнейших теплофизических (или термодинамических) характеристик вещества, на универсальную безразмерную функцию приведенного давления /з/р р и приведенной температуры Г/Г р, а также отношения JR (где есть молярная теплоемкость вещества в идеально газовом состоянии, т. е. при р — О, а R — универсальная газовая постоянная). [c.14] В работе [Л. 1] общие функциональные зависимости для коэффициентов вязкости и теплопроводности были получены путем обработки системы основных уравнений движения методами теории подобия. Эти зависимости могут быть получены также следующим, более коротким, но зато и менее общим, способом. [c.15] Как известно, главнейшими термодинамическими характеристиками вещества являются критические параметры р р, Г р, которые в обобщенной количественной форме описывают эффект действия межмолекулярных сил. К числу термодинамических характеристик относится, понятно, также и масса молекулы, т. е. отношение молекулярного веса М к ускорению силы тяжести g. [c.15] Из этого следует, что размерный множитель в выражении для любого свойства вещества должен конструироваться из следующих четырех величин Г р, а р, M/g. Вместо и р можно также брать отношение Pk /RT , имеющее ту же размерность. [c.15] Как было показано в работе [Л. 1],для полного подобия процессов передачи тепла в разных жидкостях необходимо, во-первых, чтобы эти жидкости были термодинамически подобными (т. е. удовлетворяли бы одному и тому же приведенному уравнению состояния), во-вторых, находились бы в соответственных состояниях, и, в-третьих, имели бы равные значения критериев подобия, характеризующих условия на границе жидкость — твердое тело . [c.15] Эти критерии получаются из основных уравнений с учетом общей функциональной зависимости для т] и Я, путем, вполне аналогичным обычному совокупность критериев подобия остается при этом той же самой, т. е. не меняется. Существенно отметить, однако, что в выражение критериев подобия — в отличие от той формы, в которой они получались раньше в предположении о постоянстве вязкости и теплопроводности жидкости — входят не сами коэффициенты вязкости и теплопроводности, а только размерные множители приведенных выше общих функциональных зависимостей т) и X (или же, что эквивалентно, значения т) и А, в соответственных состояниях, например в критической точке). [c.15] Из сказанного следует, что наличие термодинамического подобия является обязательным условием подобия процессов передачи тепла. В самом грубом приближении различные жидкости можно считать термодинамически подобными это вполне объясняет, почему отдельные выводы теории теплопередачи имеют достаточно общее, т. е. относящееся к большому числу жидкостей, значение. В других случаях, когда эффекты являются сравнительно тонкими, влияние термодинамического подобия оказывается более существенным и различие в поведении разных веществ проявляется весьма явственно. К таким явлениям относятся, в частности, кризисы при кипении жидкости, на рассмотрении которых мы остановимся более подробно. [c.16] Допустим, для определенности, что имеет место кипение жидкости в большом объеме. [c.16] Сравнение результатов, получаемых согласно теории термодинамического подобия, с опытными данными производится здесь путем сопоставления значений размерного множителя функциональной зависимости для q p, т. е. в наиболее прямой форме. [c.17] Выражения для коэффициентов вязкости и теплопроводности см. [Л. 12 ]. [c.18] Однако более плодотворным представляется другой путь обобщения физических свойств, на основании более широкого толкования правила соответственных состояний. [c.19] Обычно при обработке по правилу состояний за масштабную величину выбирается критический параметр (система 1), либо при рассмотрении таких величин, как вязкость, теплопроводность, поверхностное натяжение и т. д. дополнительно вводятся параметры, характеризующие химическое строение молекулы вещества. В практике это вызывает определенные трудности. Можно наметить другой путь обобщения, принимая в качестве масштаба сравнения значение одноименной физической характеристики при заранее выбранном условном расстоянии от критической точки, определяемом взаимосвязанными параметрами системы 1. При этом удается избежать трудностей, связанных с обобщением таких физических свойств, как вязкость, теплопроводность, поверхностное натяжение, теплосодержание. [c.19] Для проверки этих положений была произведена соответствующая обработка значений физических характеристик различных веществ, заимствованных из [Л. 16, 17], при масштабном давлении р = 0,03 р р. На рис. 1 приведена обработка данных по теплотам испарения по указанной методике, в соответствии с формулами (2). [c.20] На рис. 2 показана обработка данных по вязкости жидкостей по указанной методике. [c.20] По аналогичной методике выполнялась обобщенная обработка данных и по другим физическим характеристикам по линии насыщения — поверхностного натяжения (рис. 3), теплопроводности жидкости (рис. 4), теплосодержания (рис. 5), удельных весов жидкости (рис. 6), удельных весов пара, вязкости и теплопроводности газов и паров (рис. 7) и т. д. Можно отметить, что, несмотря на весьма различные свойства сред (например, полярные и неполярные жидкости), связанные с их молекулярной структурой, имеет место согласование, позволяющее говорить о наличии общих закономерностей в пределах достаточно широких групп веществ. На рис. 8 приведена обработка данных по физическим свойствам жидкости и пара на линии насыщения сравнительно более узкой группы веществ — фреонов. Как видно из графиков, здесь имеет место значительно лучшее соответствие данных, дающее отклонение точек в обобщенных координатах, не выходящее за величину нескольких процентов. [c.20] Из общих соображений, вытекающих из взглядов о подобии физических явлений, все эти величины могут быть скомпонованы в некоторое количество безразмерных комплексов. Как показывает существующий весьма общирный опыт, в подавляющем большинстве случаев, в определенном интервале изменения параметров, функциональная связь между безразмерными комплексами с достаточной для практики точностью может быть представлена в виде произведения степенных функций. [c.24] В качестве примера конкретного п риложения этих соображений рассмотрим возможность обобщения коэффициентов теплоотдачи и критических нагрузок при кипении. [c.27] Для сопоставления и обобщения привлекались опытные данные по теплоотдаче к различным кипящим жидкостям в большом объеме в возможно более широком интервале давлений и физических свойств [Л. 17—22]. [c.27] Вернуться к основной статье