Определение критических тепловых потоков при кипении

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ ПРИ КИПЕНИИ [c.397]

Сводка теоретических зависимостей для определения критического теплового потока при пузырьковом кипении в большом объеме [c.163]

Формулу для определения критической плотности теплового потока при кипении насыщенной жидкости ([х —- 0) в большом объеме получим, совместив выражения (12.(>0) и (12.61) [c.272]

Другой вопрос, на котором я хочу остановиться в связи с тем же докладом проф. С. С. Кутателадзе, это вопрос об определении критических тепловых потоков. Здесь в одном случае, при кипении на погруженных поверхностях, достигается достаточная точность в другом случае, более интересном для практики, установленные количественные связи дают различные результаты и, что еще более важно, экспериментальные данные ряда исследователей резко различаются между собой. Конечно, это не результат самого механизма возникновения процесса. Природа процесса зарождения кризиса при кипении в трубах и в большом объеме одна и та же. Однако для первого случая различные методы (гидродинамическая теория проф. С. С. Кутателадзе, полуэмпирический метод теории подобия и аналитическое решение Зубра) привели к весьма близким количественным результатам, достаточно хорошо согласующимся с экспериментальными данными, в то время как при кипении в условиях вынужденного движения данные по кр различаются нередко в 2—3 раза. В последние годы некоторые исследователи обратили внимание на наличие влияния пульсаций на q p- Однако в количественных связях пульсации не находят никакого отражения, в связи с чем использование полученных зависимостей для расчетов затруднено. По моему мнению, не-изученность влияния некоторых факторов на процесс возникновения кризиса является причиной расхождения полученных экспериментальных данных, а отсутствие количественных характеристик влияния некоторых воздействий (например, пульсаций) затрудняет построение обобщенных зависимостей. [c.231]

Для определения коэффициента теплоотдачи и критической величины теплового потока при пузырьковом кипении жидкости в условиях естественной конвекции и в большом объеме Г. Н.Кружи-лин, обработав опытные данные на основании теории подобия, предложил обобщенные формулы в следующем виде [c.451]

Вместе с тем необходимо отметить, что на любой технической поверхности, даже если ее можно считать абсолютно гладкой в гидродинамическом отношении, всегда имеется множество центров парообразования с различными радиусами кривизны. Из всего этого множества активными центрами при заданном значении перегрева являются зародыши паровой.фазы, радиус кривизны которых больше минимального радиуса зародыша, который может быть приближенно определен по уравнению (6.8). Очевидно, что условия зарождения, роста и отрыва паровых пузырей, образующихся около центров с различным радиусом кривизны, не одинаковы, а состояние жидкости у поверхности пузыря и пара в пузыре у каждого центра непрерывно меняется во времени. Следовательно, кипение жидкости по своей физической природе является нестационарным процессом. Однако при выводе соотношений для какой-либо интегральной характеристики, например для коэффициента теплоотдачи или первой критической плотности теплового потока, процесс кипения обычно рассматривается как стационарный с учетом цикличности работы каждого центра парообразования. Разумеется, при этом пользуются среднестатистическими значениями всех его внутренних характеристик. [c.172]

В этой ситуации определяющим процессом является испарение пленки жидкости, на которое при данных режимных параметрах должно быть затрачено вполне определенное количество тепла при любом уровне теплового потока. Унос жидкости из пленки в ядро потока и обратный процесс орошения ее корректируют затраты тепла на испарение пленки через паросодержание, при котором происходит истощение пленки, т. е. кризис теплоотдачи. Механизм этой коррекции заключается в следующем. Волновой унос капель жидкости из пленки (срыв капелек с гребней волн) при данных физических параметрах и скорости потока, видимо, не связан с определенным уровнем тепловой нагрузки, а вторая составляющая (пузырьковый унос), конечно, зависит от величины теплового потока при этом, чем выше тепловой ноток, тем интенсивнее кипение в пленке и, следовательно, больше выброс капель в ядро потока. Это уменьшает количество жидкости в пленке, снижая паросодержание в момент кризиса. Поэтому, чем короче канал и, стало быть, выше тепловая нагрузка, тем ниже критическая мощность. Тот же эффект (снижение критической мощности) можно получить не укорачиванием канала, а при помощи ников тепловыделения в канале, особенно в выходной его части [121. [c.39]

Результаты такого сопоставления показаны на рис. 4.9, из которого видно, что опытные данные в среднем на 24 % превосходят значения критических тепловых потоков, рассчитанных по формуле (4.34). Эта формула при соответствующем увеличении значения численного коэффициента может быть использована для определения величины <7кр при поверхностном кипении ДФС в змеевиках. Превосходство критических плотностей тепловых потоков в змеевике над в прямых трубах можно объяснить более интенсивным отводом пара от поверхности нагрева за счет вторичных микровихревых течений. [c.70]

Переход от пузырькового кипения к пленочному происходит при определенном тепловом потоке, называемом первой критической нагрузкой. Тепловой поток, при котором пленочное кипение переходит в пузырьковое, называется второй критической нагрузкой. [c.196]

В аппаратах с тепловыделением, не зависящим от процесса теплопередач, основной задачей теплового расчета является определение распределения температур в тепловыделяющих элементах и потоке охлаждающей среды. При этом следует, определить максимальные температуры материала и жидкости для сравнения их с условиями безопасного режима работы. В условия безопасного режима входят, в частности, допустимый температурный предел работы конструкционных материалов, температура насыщения жидкости при охлаждении без кипения и первая критическая плотность теплового потока при охлаждении с кипением. [c.446]

Формула (10. 14) представляет собой следствие гипотезы о гидродинамической природе изменения режима кипения. Правильность последней может быть проверена путем непосредственного сопоставления формулы (10. 14) с результатами имеющихся многочисленных экспериментальных определений величин критических плотностей теплового потока, при которых (в условиях свободной конвекции) пузырьковый режим кипения сравнительно маловязких жидкостей сменяется пленочным кипением. [c.110]

В области паросодержаний, где переход на пленочное кипение сопровождается резким повышением температуры стенки, важно иметь достоверные данные по критическим тепловым потокам с учетом влияния всех параметров. Определение коэффициентов теплообмена здесь (по крайней мере для воды) существенной роли не играет, ибо при нормальном пузырьковом кипении они настолько велики, что разность температур стенка — жидкость не превышает 15—20° С даже при тепловых потоках, близких к критическим. С другой стороны, при переходе за критическую плоскость теплового потока коэффициенты теплообмена настолько снижаются, что температура стенки превышает допустимые значения с точки зрения прочности металла. [c.242]

Рассмотрим далее способы определения величины при кипении в большом объеме, т. е. в условиях свободной конвекции л<идкости и при кипении в условиях вынужденной. Схему перехода от пузырькового кипения к пленочному можно представить следующим образом. По мере увеличения перегрева = —7" увеличивается число центров парообразования. При некотором АТ паровые пузыри покроют всю поверхность нагрева примерно так же, как твердые шарики одного размера, прилегающие друг к другу и лежащие на ней в один ряд. По-видимому, в условиях, близких к этим, следует ожидать реализации критической плотности теплового потока, так как турбулизация жидкости всплывающими пузырями будет максимальной. [c.271]

Под кризисом теплообмена при кипении понимается достаточно резкое снижение интенсивности теплоотдачи при повышении плотности теплового потока вследствие изменения механизма переноса тепла от стенки. Это явление обычно связывают с неустойчивостью структуры пристенного слоя при достижении определенных критических условий, когда отвод тепла не обеспечивается без изменений структуры пристенного слоя. По установившимся представлениям по достижении критических условий происходит уменьшение контакта жидкости со стенкой, что и вызывает быстрый рост температуры обогреваемой поверхности. [c.67]

Таким образом, имеет место определенный гистерезис в тепловых и гидродинамических явлениях, связанных с переходом от одного режима кипения к другому. Приходится говорить о двух критических плотностях теплового потока первой q pu при которой [c.333]

При электрическом обогреве регулируемой величиной является плотность теплового потока q,.. При прямом обогреве поверхностью теплообмена служат пластинки, трубки, проволочки, по которым пропускается электрический ток. При косвенном обогреве часто используется торец стержня, на другом конце которого размещается изолированный от него электрический нагреватель. Критическая плотность теплового потока определяется как значение q ., при котором скачком возрастает температура поверхности теплообмена Т . Для определения q 2 проволока или трубка предварительно перегревается в паровой фазе и затем опускается в жидкость, в результате чего возникает пленочный режим кипения. Значение определяется как то значение q , при котором (по мере снижения нагрева) скачком понижается температура проволоки (трубки) [29]. Количественные измерения часто сопровождаются визуальными наблюдениями за процессами через смотровые окна. [c.397]

При кипении в трубах обычно применяется прямой электрический обогрев (для неэлектропроводных жидкостей). Опыты по определению критических плотностей теплового потока проводят двумя способами наращивая значения q при прочих неизменных параметрах или изменяя какой-либо параметр (например, увеличивая энтальпию потока на входе в трубу). О наступлении кризиса при некотором значении q , которое принимается за q p, судят по скачкообразному увеличению температуры стенки, которое может привести к появлению красного пятна или пережогу стенки [13]. [c.397]

Обработав опытные данные на основе теории подобия, Г. Н. Кру-жили н нашел следующие обобщенные формулы для определения коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости и критической плотности теплового потока [c.317]

П. Д. Возновпч [Л. 153] провел опыты по определению критических тепловых потоков при кипении дифе-нильной смеси, дитолилметана и дикумилметаиа иа ни-хромовой проволочке диаметром 0,3 мм и нихромовой пластинке сечением 0,7x5 мм в большом объеме. [c.256]

ДЛЯ определения критического теплового потока при развитом кипении, которые составлялись так, чтобы быть пригодными для любых жидкостей, не согласуются с экоперимантальными данными для криогенных жидкостей [23]. [c.193]

Формулу для определения критической плотности теплового потока при кипении насы-ш,енной жидкости (р, -> 0) в большом объеме получим, сов-мёстив выражения (ХП-54) и (ХП-55), [c.316]

Весьма интересные результаты по критическим тепловым потокам в смесях были получены Ван-Вийком, Ван-Страле-ном [68], В. Г. Фастовским и Р. И. Арты-мом [51] при кипении на тонких проволоках. Было обнаружено, что при определенном составе бинарной смеси величина существенно превышала соответствующие значения для каждой из компонент. При этом для чистых компонент получались значения критического теплового потока, хорошо совпадавшие с формулой (21) при введении поправки на вязкость по В. М. Боришанскому [6, 25], [c.52]

Ишигаи и сотр. [40] изучали теплоотдачу при кипении воды, когда жидкость находилась под поверхностью нагрева. Поверхность нагрева представляла собой торец медного кругового цилиндра диаметром й, который был помещен внутрь полою цилиндра, имеющего внешний диаметр О, из малотвплшроводного материала. Критический тепловой поток увеличивался с ростом отношения с1/0 и достигал 31начвния 197 Вт/см при й1В=1, полученного путем экстраполяции. Это на 40% больше величины, определенной осреднением 12 значений, полученных различными авторами для горизонтально расположенных проволок (140 Вт/см ). Максимальный измеренный критический тепловой поток был на 29% больше, чем вышеупомянутое среднее значение для горизонтальных проволок, что противоречит результатам работ [13, 28], в которых случай кипения жидкости под поверхностью нагрева имитировался путем изменения направления вектора ускорения на обратное. В этих работах было получено заметное уменьшение критического теплового потока. [c.181]

На первый взгляд пленочное кипение в жидком гелии II похоже яа пленочное кипение в жидком гелии I или в других обычных жидкостях. Действителшо, уменьшение температуры жидкости ниже ее значения в Л-точке не сопровождается разрывом в тепловом потоке. Однако при этом пр етврпева(ет разрыв величина йд/й АТ) [63]. Кроме того, существуют по крайней мере два явления, которые отличают пленочное кипение в жидком гелии II от того, которое имеет место, в обычных жидкостях. Один из них — влияние глубины погружения, которо1е обсуждалось выше, когда речь шла о критическом тепловом потоке, а другой — режим шумного кипения, который встречается при определенных условиях эксперимента. [c.367]

Мы видели, что температура жидкости, применяемой в качестве охладителя, не должна превышать ее температуру кипения или, по крайней мере, температура стенки Ту, ж должна оставаться ниже определенной величины, выше которой начинается пузырьковое кипение. Таким образом, мы можем определить предельную температуру (7 г ж)пр. Для Г , ж> (7 г ж)пр удельный тепловой поток ф р резко возрастает. Эта переходная точка связана с величиной Фкр, равной Фи пр — удельному тепловому потоку при верхнем пределе, соответствующем пузырьковому кипению. Эту величину ф пр можно использовать в качестве критерия при расчете охлаждающей способности топливного компонента. Вообще говоря, следует отметить, что величина Ф пр имеет максимум при определенном давлении, а при изменении давления в пределах от О.З до 0,7 критического давления она меняется незначительно. Фи пр уменьшается с увеличением температуры жидкости Г и увеличивается с повышением скорости жидкости V. Величина Фи пр может также возрастать из-за образования отложений на стенках охлаждающего тракта при протекании по нему охлаждающей жидкости. Всестороннее сравнение различных топливных смесей нельзя провести, рассматривая только свойства жидкостей. В работе [55] проведено сравнение различных топлив с теоретической точки зрения при использовании их в стандартном двигателе, имеющем следующие характеристики тяга 25 г давление в камере сгорания 20 кг1см характеристическая длина 100 см диаметр критического сечения сопла 31 см отношение площадей поперечного сечения камеры и критического сечения сопла /к//кр=2 1 отношение площадей выходного и критического сечений сопла /а//кр=7 1 полуугол сужающейся части сопла 30 полуугол расширяющейся части сопла 15° потеря давления в системе охлаждения равна 5,25 кг1см . Данные, полученные в работе [55], приведены в табл. 15. [c.457]

Критическая плотность теплового потока в случае, когда жидкость движется вдоль поверхности нагрева, увеличивается по сравнению с критической плотностью при кипении в большом объеме например, при обтекани л пластины насыщенной жидкостью с умеренной скоростью получена следующая формула для определения этой величины [c.272]

Наиболее эффективным и надежным способом интенсификации теплообмена при кипении является применение пористых металлических покрытий. При этом пористая структура образуется либо в результате покрытия поверхности трубы тонкими металлическими сетками, либо нанесением на нее металлического порошка определенной зернистости. При этом образуется пористый слой с разветвленной системой сообщающихся между собой капиллярных каналов, через которые происходят эвакуация пара и подпитка пористой структуры жидкостью, подтекающей сюда под действием сил поверхностного натяжения. Кипение происходит как внутри пористого покрытия, так и на его поверхности. Высокая ннтен-сивность теплообмена свидетельствует о том, что пористая структура создает весьма благоприятные условия для зарождения и роста паровых пузырей. Например, авторы работы [137] указывают, что при кипении н-бутана (р= 1,27-10 Па) на гладкой трубе образование паровых пузырей по всей ее поверхности наблюдалось только при = 35 кВт/м2, а дд трубе с пористым покрытием вся поверхность трубы была занята паровыми пузырями уже при 7=1,5 кВт/м . Эти и многие другие опыты показали, что устойчивое развитое кипение на поверхностях с пористыми покрытиями устанавливается при весьма незначительных температурных напорах (перегревах жидкости). Основной причиной этого является то, что в данном случае поверхности раздела фаз возникают внутри пористого слоя [54, 130, 146]. При выбросе паровой фазы из пористой структуры в последней всегда остаются паровые включения, в которые испаряется тонкая пленка жидкости, обволакивающая стенки капиллярных каналов [54, 130]. В соответствии с моделью автора [14G] испарение микропленки происходит по всей поверхности капиллярного канала, высота которого равна толщине пористого покрытия. Таким образом, элементы пористой структуры сами являются центрами зарождения паровой фазы. Так как диаметр капиллярных каналов (10- —10 м) больше критического диаметра обычного центра парообразования, то испарение пленки в паровые включения или с поверхности капилляра требует значительно меньшего перегрева жидкости. Не менее важное значение имеет и то, что в пористой структуре перегрев поступающей в капилляры жидкости происходит в условиях весьма высокой интенсивности теплообмена. Действительно, при таких малых диаметрах капилляров движение жидкости в них всегда ламинарное. В этом случае значение коэффициента теплоотдачи определяется из условия (ас ) Д = 3,65. При диаметре капилляров 10- —10 м значение а получается равным 5-103—5-Ю Вт/(м2-К). В условиях сильно развитой поверхности пористого слоя только за счет подогрева жидкости можно отводить от стенки весьма большие тепловые потоки. Снижение необходимого перегрева, а также интенсивный подогрев жидкости существенно уменьшают время молчания центров парообразования, что также способствует интенсификации теплообмена на трубах с пористыми структурами. [c.219]

В данном параграфе приводится, возможно, первая попытка расчета для описанных выше локальных интенсификаторов, основанная на методике расчета кризиса теплообмена при кипении теплоносителя в гладких стержневых сборках, в которой используются подход и критерии, разработанные В. Н. Смолиным [90]. С этой целью для определения критической плотности теплового потока используется третья корреляция указанной методики расчета, предназначенная для предельного случая дисперсно-кольцевого движения, при условии, что коэффициент теплогидравлической неравноценности принимается равным единице. Наложение этого условия вызвано тем, что при наличии интенсификаторов происходит интенсивное перемешивание теплосодержания потока по поперечному сечению сборки. Вместо фактора, учитывающего расположение дистанционируюших решеток, в третью корреляцию методики расчета [c.156]

При кипении на неизотермической стенке возможно одновременное устойчивое сосуществование пузырькового, переходного и пленочного режимов кипения, что приводит к большим продольным и поперечным градиентам температуры в стенке. В этих условиях существующие способы заделки термопар в твердую металлическую стенку не позволяют измерить температурное поле с точностью, необходимой для расчета местных значений тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи. Определение температурного поля неизотермической стенки вблизи поверхности теплообмена, а по нему местных тепловых потоков, включая их критические значения, с высокой точностью было выполнено в [33] путем использования трехслойной модели неизотермической стенки. Измерение температурного поля проводится с помощью микротермопары, которая перемещается в слое жидкого галлия, удерживаемого силами поверхностного натяжения между металлической пластиной, к которой снизу подводится тепловой поток, и тонкой фольгой, на которой снаружи кипит жидкость. Чтобы устранить искажения температурного поля, обусловленные различием теплофизических свойств отдельных слоев стенки, материалы фольги и пластины выбираются так, чтобы их теплопроводности были равны теплопроводности галлия. [c.397]

Таким образом, имеет место определенный гистерезис в тепловых и гидродинамических явлениях, связанных с переходом от одного режима кипения к другому. Приходится говорить о двух критических плотностях теплового потока первой qfRp,. при которой происходит переход от пузырькового кипения к пленочному, и второй 7кр2, при которой происходит разрушение сплошного парового слоя и восстановление пузырькового режима кипения. В области значений плотности теплового потока, лежапщх между величинами кр. и <7кр, (т. е. между точками А и Б, фиг. 17—1), возможно устойчивое существование обоих режимов кипения или даже их длительное совместное сосуществование на разных частях одной и той же поверхности нагрева. [c.389]

Тепловой поток q при увеличении температурного напора растет до определенного максимального значения — первого критического значения q-Ay (рис. 1.4). Затем при дальнейщем росте температурного напора тепловой поток уменьшается. До момента достижения kpi режим кипения называют пузырьковым (рис. 1.3,а). [c.10]

На рис. 9.10 [147] изображена типичная кривая кипения, которая может существенно отличаться для разлнчнькч режимов тече П я. При вынужденном течении определение критической плотности теплового потока / ф требует уточнения, ибо кривая [c.283]

При определенном температурном напоре количество центров парообразования увеличивается настолько, что вся теилоотдающая поверхность покрывается слоем пара. Пар имеет низкую теплопроводность, вследствие чего коэффициент теплообмена падает (рис. 4-18,6). Значения температурного напора и плотности теплового потока, разграничивающих режимы пузырькового и пленочного кипения, называют критическими. Заданный тепловой поток требует при пленочном кипении большего напора, чем при пузырьковом, поэтому необходимо избегать возникновения пленочного режима. [c.117]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...