Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
При прочих равных условиях с уменьшением отношения —с—
(
сокращается цикл возникновения и роста пузыря, а с увеличением— увеличивается цикл и сокращается частота отрыва пузырей.
Очевидно, что при увеличении тепловой нагрузки в обоих случаях в первую очередь сокращается время ожидания т0 за счет более быстрого прогрева стенки и жидкости в зоне контакта после отрыва пузыря.
Ряд исследователей (В. А. Григорьев и Аметистов, X. Д. ван Ауверкер и др.) отмечают существенное влияние на процесс роста пузырей сухих пятен, образующихся в основании парового пузыря при высыхании микрослоя жидкости.
В недогретой жидкости и при вынужденном движении важную роль играет теплообмен на внешней сферической поверхности пузыря.
§ 8.4. ДИАМЕТР ПУЗЫРЯ ПРИ ОТРЫВЕ ОТ СТЕНКИ
В некоторых работах авторы для определения отрывного диаметра пузыря, растущего на поверхности, определяют силы, действующие на него (или часть из них): архимедову силу, силу сцепления с поверхностью за счет поверхностного натяжения,
255
силу инерции со стороны жидкости, силу «лобового» сопротивления и т. д. Из условия равновесия всех этих сил находя г отрывной диаметр пузыря. Это удается сделать благодаря неточности выражений для перечисленных сил.
В работе Д. А. Лабунцова показано, что такой подход ошибочен, так как согласно принципу Даламбера сумма всех сил, дей-
где k — коэффициент пропорциональности, несколько меньший единицы; do — расстояние между шероховатостями порядка нескольких микрон.
При очень малых давлениях определяющим является инерционная реакция жидкости. Тогда уравнение баланса сил инерции и подъемных имеет вид
го пузыря. Полагая R ~ %п и рп «С рж, получим уравнение
ствующих на пузырь, включая силы инерции, должна равняться нулю в течение всего периода его роста. Автор предлагает две предельные оценки отрывного диаметра пузыря.
При больших давлениях, когда динамические эффекты малосущественны, рекомендуется использовать аналогию с отрывом газового пузыря, медленно вдуваемого в жидкость через отверстие диаметром d0 (рис. 8.7).
Рис 8.7. Схема роста сферического парового пузыря на стенке
По данным работ [151]
(8.35)
= ?(рж—рп)*Чт),
ах
(8.36)
где т —— рж^(т)—мгновенная присоединенная масса жидкости; = — ; V (т) — переменный во времени объем сферическо-
(8.37)
Решая его, находим
(8.38)
Принимая за момент отрыва т0 условие
/i(to) = R0
256
и полагая п = 1/2, находим
Ro = 0,4gx^. (8.39)
Экспериментальные данные ряда авторов лучше согласуются с этим уравнением, если вместо 0,4 принять 0,6.
§ 8.5. ЧАСТОТА ОТРЫВА ПУЗЫРЕЙ
Как следует из изложенного, частота отрыва паровых пузырей 1
со =------ зависит от многих параметров, определяющих время
т0 + тр
роста пузыря тр и ожидания (задержки) т0. К ним относятся: нестационарные процессы теплообмена между жидкостью и стенкой в период ожидания; нестационарные гидродинамические и тепловые процессы при росте пузыря; процессы, определяющие существование паровых зародышей (угол смачивания, материал и качество обработки поверхности и т. п.); гидродинамическое и тепловое взаимодействие соседних центров парообразования; гидродинамические и тепловые процессы в объеме жидкости или в ее потоке и т. д.
Имеется много попыток теоретического определения со, например, в работе [62], содержащей также библиографию по этому вопросу. Обычно авторы учитывают влияние на частоту со лишь некоторых из перечисленных параметров.
Частота отрыва со является статистической величиной и имеет закон распределения, близкий к нормальному. По данным исследования [110], выполненного в большом объеме на воде, со практически не зависит от теплового потока и слабо зависит от давления. При давлении 1—20 бар среднее значение со = 35 Гц, а при 52 бар — около 45 Гц. Однако при пониженных давлениях (0,1 —
0,5 бар для воды) частота отрыва существенно снижается (до 1—20 Гц) и заметно зависит от теплового потока (увеличивается с ростом теплового потока).
При кипении щелочных металлов со значительно меньше, чем для воды [71] при одинаковых q и р/рк, очевидно, из-за большего
значения
(рcK)w
С увеличением теплового потока, а точнее с увеличением Tw — Ts возникают условия для активации новых центров парообразования и, следовательно, их число растет.
§ 8.6. ТЕПЛООТДАЧА В БОЛЬШОМ ОБЪЕМЕ
Процесс пузырькового кипения определяется сложным статистическим взаимодействием нестационарных процессов роста, отрыва и всплытия паровых пузырей, теплоотдачи свободной или вынужденной конвекцией от стенок к жидкости, нестационарной теплопроводности в зоне центров парообразования и т. п. Не все
17 Заказ 802 2 57
эти процессы хорошо изучены, особенно плохо изучено их статистическое взаимодействие. Поэтому при построении расчетных зависимостей используют главным образом экспериментальные данные, методы подобия и представления о механизме процесса. Существуют различные методы построения эмпирических зависимостей.
Метод, предложенный С. С. Кутателадзе [40], основан на предположении, что сложный процесс пузырькового кипения описывается в конечном итоге теми же уравнениями, что и системы с одной непрерывной поверхностью раздела. Поэтому критерии подобия можно выводить из этих уравнений и для всего процесса пузырькового кипения, дополнительно необходимо лишь ввести уравнения или параметры, определяющие размеры паровых пузырей и вероятность их распределения в пространстве.
