Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Если кризис термодинамический, то он определяется предельным значением температурного напора
^)пред = Гкр! Тs.
Это — температурный напор, при котором в процессе роста парового пузыря или нескольких слившихся пузырей микрослой жидкости успевает испариться и температура стенки сухого пятна после отрыва пузыря некоторое время исключает новый контакт с жидкостью. Таким образом, при (Tw — Ts) > (Г^р1 — Т,s) образуются участки пленочного кипения, т. е. возникает переходное, а при (Tw — Ts) < (Гкр1 — Ts) оно переходит в развитое пузырьковое кипение.
При термодинамическом кризисе в зависимости от положения и наклона кривых развитого пузырькового кипения примерно одинаковым значениям Гкр1 — Тя могут соответствовать различные значения qn . Величины <7 *р1 и 7^р1 — Тя возрастут с увеличением недогрева и будут зависеть от параметров, влияющих на скорость роста паровых пузырей, их частоту и диаметр отрыва, число центров парообразования.
§ 9.2. КРИЗИС ПУЗЫРЬКОВОГО КИПЕНИЯ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ТЕЧЕНИИ В КАНАЛАХ
При вынужденном течении qn и qKVi зависят от гораздо большего числа параметров, чем в большем объеме. Значительное влияние, в частности, оказывает гидродинамическая структура двухфазного потока, так называемые режимы тече-
282
ния. Наиболее типичные режимы течения в горизонтальной и вертикальной трубах представлены на рис. 9.8 и 9.9 [112].
На рис. 9.10 [147] изображена типичная кривая кипения, которая может существенно отличаться для различных режимов течения. При вынужденном течении определение критической плотности теплового потока дкр1 требует уточнения, ибо кривая
ПШ
/-'0 ~ с? «?¦•о*-*';
/• о. '.‘о.
Рис. 9.8. Режимы течения двухфазного потока в горизонтальной трубе:
1 — пузырьковый; 2 — пробковый; 3 — расслоенный (стратифицированный); 4 — волновой; 5 — снарядный; 6 — кольцевой; 7 — дисперсный
q = f(&T) может и не иметь максимума. В этом случае за дкр1 принимают такое значение q, начиная с которого Tw резко возрастает.
ш ттт> 5'м1 1 oh\
" vJML 'р|П0 Г 7 Ifit 1
. ,1 щ ! й S >
Рис. 9.9. Режимы течения двухфазного потока в вертикальной трубе:
1 — пузырьковый; 2 — снарядный; 3 — полукольцевой; 4 — кольцевой; 5 — дисперсный
При вынужденном течении различают кризис первого и второго рода. Под кризисом первого рода* понимают начало перехода пузырькового кипения в пленочное в условиях, когда поверхность нагрева омывается жидкостью.
Под кризисом второго рода понимают переход к пленочному кипению в результате высыхания пленки жидкости в кольцевом режиме течения. Это обычно происходит, когда паросодержание лггр достигает некоторого граничного значения; оно тем меньше, чем больше расход теплоносителя и давление, т. е. чем лучше условия для срыва и испарения пленки жидкости.
'Рассмотрим только кризис первого рода, обозначая соответствующую ему плотность теплового потока дкр1, а начало режима переходного кипения индексом n(qn и Т л ).
283
В настоящее время накоплен достаточно большой экспериментальный материал. Однако он не получил еще удовлетворительного обобщения из-за недостаточной изученности механизма кризиса и зависимости его от многих факторов. Существующие эмпирические зависимости применимы лишь для частных случаев и не всегда между собой согласуются. Имеются попытки составления таблиц для наиболее распространенных каналов и теплоносителей (например, для воды в трубах [19]). Использование критериальных зависимостей, полученных в опытах с водой для криогенных жидкостей, дает результаты, на порядок
превышающие экспериментальные значения [96].
В этих условиях важно знать хотя бы качественное влияние на qKpI важнейших параметров. Рассмотрим их. Колебания расхода теплоносителя в канале обычно возникают, если в системе (особенно перед участком подогрева) имеются значительные объемы пара (вообще сжимаемые объемы). Условия возникновения колебаний определяются гидродинамикой всей магистрали в целом. Колебания расхода резко снижают значения qHp i, причем это снижение зависит от условий конкретной системы.
Как уже отмечалось, с уменьшением массовой скорости ри * теплоносителя и недогрева жидкости qKp i увеличивается и, наоборот, при увеличении массового паросодержания х снижается значение qKp ь Такое же влияние оказывает и давление.
С увеличением диаметра трубы d qKpi убывает. Этот эффект проявляется сильнее при малых иедогревах и для парожидкостной смеси. С увеличением длины обогреваемого участка qI{pi снижается, но лишь при l/d < 15 —25.
Значение qupi существенно зависит от геометрии канала (труба, кольцевой канал, продольное обтекание пучков стержней и т. д.).
Интересный анализ механизма пузырькового кипения и era кризиса при вынужденном течении дан в работе [77]. Для полусферического пузыря, растущего на стенке в движущейся жидкости, получено приближенное (для идеальной жидкости) выражение числа Вебера Это число представляет отношение
Рис. 9.10. Типичная кривая кипения при вынужденном течении в трубе:
/ — конвективный теплообмен;
II — пузырьковое кипение; III — переходное кипение; IV — пленочное кипение
