Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
При таком множестве определяющих параметров и сложном характере влияния их на процесс пузырькового кипения точно учесть влияние каждого из них практически невозможно, тем более, что многие из параметров заранее неизвестны Поэтому к исследованию пузырькового кипения следует подходить как к статистическому процессу, реализация которого в том или ином виде носит вероятностный характер. Следовательно, важно изучить механизм пузырькового кипения и особенно условия реализации различных его режимов и границы их существования. Это позволит с достаточной для практики надежностью построить инженерные методы расчета теплоотдачи в каждом из режимов кипения и методы определения условий перехода одного режима в другой.
Режимы теплосъема при парообразовании в условиях свободной конвекции обычно иллюстрируют с помощью кривой кипения насыщенной жидкости в координатах 1 gqw— lg(7«> — Ts), показанной на рис. 8.11 [70]. Однако на этом графике не отражены полностью все возможные режимы кипения, особенно пузырьковый. Для кипения таких жидкостей, как вода, она соответствует наиболее вероятному в обычных условиях характеру развития и смены режимов кипения.
265
В области / при небольших перегревах жидкости у стенки теплосъем осуществляется свободной конвекцией. Нагретая жидкость всплывает к свободной поверхности раздела фаз и охлаждается за счет испарения.
Область Па соответствует неразвитому пузырьковому кипению с малой плотностью действующих центров парообразования. Здесь роль теплосъема конвекцией еще достаточно велика.
В области Пб происходит развитое пузырьковое кипение, характеризующееся большом плотностью центров парообра-. зования и пренебрежимо малой ролью конвекции в суммарном теплосъеме. Тепло в основном переносится паровыми пузырьками и увлекаемой ими горячей жидкостью. С ростом перегрева стенки Тгс — Ts число центров парообразования растет. Увеличивается и доля тепла, переносимая паром, всегда Т оставаясь меньше единицы
Рис. 8.11. Кривая кипения насыщен- (см. рис. 8.10). При ДОСТИЖе-ной жидкости в условиях свободной нии точки л на части поверхно-конвекции сти возникает неустойчивая
паровая пленка, что ведет к снижению темпа роста qw с увеличением Ти- — Ts [118], так как теплосъем с поверхности, занятой паровой пленкой, резко падает.
По мере роста площади, занятой паровой пленкой, qir, пройдя через максимум в точке С, начинает падать с увеличением АТ = Тгс — Ts, достигая минимума в точке Д когда вся поверхность занята пленочным кипением. Точка С, в которой q>r достигает максимума, называется точкой кризиса пузырькового кипения или первым кризисом. Соответствующую ей плотность теплового потока называют критической ^кр1 или максимальной <7та\. Температурный напор, при котором достигается кризис, называют критическим Д ГКР1 = 7KPi — Ts. Аналогично точку D называют кризисом пленочного кипения или вторым кризисом. Соответствующие ей значения qw и АТ обозначают qmili или ^ьрц и ДГ1фП = Гкрп — Ts.
Область III между точками С и D называют областью перс ходного кипения (см. гл. 9)*. В этой области сильно колеблющаяся граница раздела фаз периодически в разных местах кратковременно касается стенки. За время контакта в этих
* Фактически переходное кипение охватывает область между точками я и D.
266
Tjt~Ts ТНрц-Т3 1д Л
местах осуществляется интенсивный теплосъем за счет нестационарной теплопроводности и успевающего развиться пузырь-
I иного кипения. Доля площади, на которой жидкость контакти-1>\ег со стенкой /, с увеличением АГ непрерывно уменьшается <>! 1 в точке я до 0 в точке D. Переходный режим характернее ется резкими падениями температуры стенки в местах кон-i;iкта с жидкостью. Интенсивность этих пульсаций температуры е I епки главным образом определяется значением Tw — Тж и
(pCl)w.
Область IV устойчивого пленочного кипения условно разби-мают на два участка: IVa, где вклад излучения в общий тепловой поток пренебрежимо мал, и IV6, где перенос тепла излучением уже необходимо учитывать.
Кривая кипения, изображенная на рис. 8.11, может быть полностью реализована, если процесс определяется изменением \Т. Когда же задано изменение тепловой нагрузки (электро-нагрев, атомный реактор и т. п.), то при qw выше qmах процесс из точки С с большой скоростью (определяемой теплоемкостью поверхности нагрева) перейдет в точку Е, которой соответствует значительно более высокое значение ДГ. Переход из точки С в точку Е при кипении воды, жидких металлов и органических теплоносителей очень опасен, так как расплавляются и разрушаются поверхности нагрева. Это одна из причин интенсивного изучения кризиса пузырько- L ного кипения в последние w 10—20 лет.
При уменьшении qw процесс из точки D, минуя переходную область, перескакивает в точку F, т. е. в область пузырькового кипения с малыми А Т.
Реальные процессы, особенно в области пузырькового кипения, гораздо многообразней, чем это следует из кривой кипения на рис. 8.11.
Рассмотрим возможные варианты протекания процесса кипения. Основные из них изображены на рис. 8Л2 [/0]. рис 8.12. Диаграмма режимов тепло-Отрезок ВПр (область V) съема при парообразовании в условиях соответствует теплосъему свободной конвекции
