Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
В исследованной области паровая пленка достаточно тонкая, поэтому ускорение жидкости и соответствующие инерционные потери малы. Вязкость пара в 10—35 раз меньше вязкости жидкости, поэтому паровая пленка играет роль своеобразной смазки для струи жидкости. С увеличением толщины паровой пленки градиент скорости и касательное напряжение в ней уменьшаются, как и потери давления на трение. При дальнейшем увеличении толщины пленки пара будет увеличиваться ускорение жидкой струи и соответствующие потери давления. Поэтому можно ожидать, что в неавтомодельной области основную роль будут играть именно потери давления на ускорение жидкой струи, которые нетрудно рассчитать.
Стержневой неавтомодельный режим. Опытные данные в этой области обобщены с использованием выводов теоретического анализа в виде уравнения (7.62).
202
Для определения скорости пара и толщины паровой пленки, входящих в критерий Ren, в неавтомодельной области стержневого режима пленочного кипения для каждого заданного момента времени и сечения трубы Zi предварительно определяли следующие величины:
1) массовый расход пара Gn в предположении отсутствия перегрева пара (Тп — Ts, г] = 0);
2) скорость двухфазной смеси в предположении, что
S =
= 1;
>пл
с*
о,ь о,'Л 0,1
+ 3 \ Г ^о - 0°/о о '¦ о о <Э__
Л \ L ° \ о о O о о °о° о °
с / /о p Jo/ f Po 9' qXo ¦ф’ i> ° о о ОО 1 j Л" -30% 1
—~r 6 /?'' r \ \ L - !
3) тепловой поток в жидкую струю qm с учетом увеличения скорости по длине трубы (уменьшения Rm) по уравнению (7.76), найденному при исследовании автомодельной области;
4) объемное паро-содерж|дие ср = fjf.
Для * определения этих величин использована система одномерных уравнений (7.41) —
(7.50), рассмотренная в § 7.3, без уравнений
движения и энергии для жидкости. Эта система, полученная при указанных допущениях с учетом уравнения (7.76), может быть преобразована к виду:
о
0,1 0,2 0,3 ол 0,5 Q6 0,7
JL
в
Рис. 7.14. Зависимость гидравлического сопротивления в стержневом режиме пленочного кипения от комплекса \р/0 \[р = 2 — 21 бар;
*ф = 0,05 -т- 0,7; Re.*o = (2,2 —11) • Ю5]
1) и[рпф + рж(1—ф)] = рж0иж0;
^) Яж ~ ^жО^р жоРжОU{Ts ^*жо)» jid
3) Gn = | {qw—qxy 1 —<p)dz;
гФ
4) ф = ¦
4 G„
p nund2
5) Stjuo = 1,2 • 10“3Pr*0,6
1 + 1,22 exp ^ — 0,038
(7.78)
(7.79)
(7.80)
(7.81)
(7
Система уравнений (7.78) — (7.82) содержит 5 уравнений и 18 неизвестных: и, ф, Gm qw, qm, Stm0, рж> ржо, рп, иж0> сРжо, Тт0, Т8, г, rf, 2Ф, г, Ргж.
Из условий эксперимента (при заданной температуре жидкого азота на входе, заданном давлении, принятом постоянным по длине трубы диаметром d, и расходе G = ржо^жо-яй2/4) и допущении Гп — Ts известны или измерялись следующие величины, входящие в систему (7.78) — (7.82): ржо(^шо, р)\ рп (Ts, р); Ыжо; Т8(р)\ Гж0; r(T8) \ d\ срж0(Тж0).
Значения рж и Ргж вычисляли по температуре жидкости на входе, т. е. без учета прогрева жидкого стержня. Погрешность такого упрощения составляет 2—3% и включена в расчет максимальной погрешности определения безразмерного теплового потока. Величины 2ф, z и qw находили при эксперименте по методике, описанной выше.
Итак, из 18 переменных 13 известных. Остаются 5 неизвестных величин иу ср, Gn, qmy Stwo и 5 уравнений, т. е. система замкнута.
В результате решения этой системы для каждого момента времени тк и сечений г* получены значения ип и Rm, входящие в выражение теплового потока Stn и критерия Рейнольдса Ren [см. формулу (7.62) § 7.3]. Однако при анализе опытных данных обнаружено интенсифицирующее влияние на теплоотдачу
таких параметров, как рж/рп, ---— = Lp (критерий Лапласа)
Ип
И \|) = СрЖ (Ts — Тж)/г (недогрев жидкости). Влияние первых двух параметров объясняется существованием относительной скорости пара, т. е. скольжения s > \. Относительная скорость пара тем выше, чем больше отношение рж/рш а образуемые при этом волны на поверхности жидкой струи должны расти с увеличением критерия Лапласа.
Следовательно, рост этих параметров ведет к увеличению турбулентной теплопроводности пленки пара. А так как ее тепловое сопротивление определяется необходимостью обеспечить температурный напор Tw — Ts при заданном тепловом потоке в жидкую струю qm, то это приводит к увеличению толщины паровой пленки, расходу пара и теплового потока на испарение qK9 а следовательно, и qw = qm + qKy т. е. Stn. Необходимо подчеркнуть, что при учете рж/рп и pnad/pn в какой-то мере корректируется допущение об отсутствии скольжения.
Если повышается недогрев и, следовательно, qm при той же скорости жидкой струи и одинаковом температурном напоре Tw — Ts, то необходимо уменьшать тепловое сопротивление паровой пленки. Это можно достичь двумя путями: уменьшением толщины паровой пленки при соответствующем уменьшении Re„, qK и уровня турбулентности или увеличением Ren, qK и уровня турбулентности при некотором увеличении толщины 204
пленки. По-видимому, реализуется второй путь. Для выяснения механизма перечисленных явлений необходимо провести специальные экспериментальные исследования, позволяющие измерять толщину пленки пара, профили температур в паре и ЖР1ДКОСТИ и т. д.
