Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Обозначим f среднестатистическую долю поверхности нагрева, в данный момент времени контактирующую с жидкостью, а тк — среднестатистическую продолжительность отдельных контактов.
Как уже отмечалось, областью переходного кипения следует считать область между точками тс и D (см. рис. 8.11), а не между точками С и В, как это принято. В этой области Tn^Z < Tw < Гкри, а 1 ^ f > 0.
В области переходного кипения среднестатистическая плотность теплового потока qw представляет собой сумму
(<7т+<7кК-Мпл(1— /), (9.20)
где qT — средняя за время контакта тк плотность теплового потока за счет нестационарной теплопроводности в местах контакта жидкости со стенкой; qK — плотность теплового потока за счет развитого пузырькового кипения в местах контакта;
qпл — плотность теплового потока в местах поверхности, где существует пленочное кипение.
300
Из решения одномерной задачи теплопроводности, уже рассмотренной в гл. 8, средний за время тк тепловой поток в жидкость
<7т = 2 |/ 1Р?^(Ггр-Гж). (9.21)
V ятк
Для определения qK предположим, что закономерности
теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении, полученные
в области Тв* < Tw ^ Тк (см. рис. 8.11), справедливы и при Tw > Тп в течение всего времени контакта. Это предположение хорошо согласуется с результатами исследований пузырькового кипения и его кризиса при быстрых изменениях qw и Tw, описанных в § 8.1.
Тогда
<7к = ак(Ггр—Ts) = <р(Ггр—Ts), (9.22)
где ак или функция ф (Ггр — Ts) в каждом конкретном случае берется как экстраполяция соответствующей кривой для развитого кипения из области Тв* ^ Tw Тк на область Tw ^
TVp-
Для вычисления <7ПЛ используем выражение
<7„л=апл(7'ю-7’8), (9.23)
где апл находим по формулам для режима пленочного кипения, который экстраполируется на область Tw <
Рис. 9.15. Кривые кипения, полученные в большом объеме азота при нестационарном охлаждении шаров и вертикальных трубок из разных материалов:
1 — медь; 2 — фторопласт; 3 — сталь; 4 — титан
Теперь уравнение (9.20) с учетом уравнений (9.21) можно записать в виде
(9.23)
Ч2/
(рсА,)н,
(Ггр—Гж) + ак(Ггр — Гу)
/ +
+ KA-rs)](l-f). (9.24)
Но для практического использования этого уравнения необходимо знать, как в области переходного кипения тк и Д а также ТГг) зависят от Т10.
301
На рис. 9.15 представлены кривые кипения, полученные авторами в большом объеме жидкого азота при захолаживании в нем вертикально расположенных трубок и шаров из разных материалов.
Анализ этих и большого числа других экспериментов, выполненных авторами при захолаживании различных образцов в большом объеме криогенных жидкостей, позволил установить» что с разбросом ±25%
-----2_= 1.65.
Т ___Т
—*Р,П_*- = 2,2.
(9.25)
При вынужденном течении в каналах эти отношения соот-* ветственно будут 1,5 и 2,5 с тем же разбросом ±25%. Этот факт еще достаточно убедительно не объяснен.
Поскольку результаты непосредственных измерений тк и f пока неизвестны, то для их определения приняты следующие допущения:
1. На участке ГКР1 < Tw < ТкрПхк = const. Для кипения в большом объеме криогенных жидкостей на основании оценки, описанной в § 9.3, принято
тк = 0,01 с.
2. В области Тп ^ Tw такта меняется по закону.
(9.26)
Гкр1 время кон-
10
-тл
т ________т
кр I я
0,5
юЪиЪж-
Тмрп-Тмя
(9.27)
3. Температура по-
гр
Точка • О X А ? х
(Тп б мкм ПО 80 50 10 120 160
Точка О ^ • ¦ ¦
$пвмкм 90 70 40 40(ffw=2tiM) 40($н~2мм)
верхности контакта Т2 определяется по формуле (8.31).
При этих допущениях по экспериментальным данным из уравнения (9.24) можно найти f как функцию 7V Результаты такой обработки опытных данных представлены на рис. 9.16. Опытные точки для различных материалов с небольшим разбросом группируются около кривой, описываемой уравнением
302
Рис. 9.16. Зависимость безразмерной площади контакта f от безразмерной температуры. В таблице даны условные обозначения
Таким образом, уравнение (9.24) с учетом уравнений (8.31), (9.19), (9.25) — (9.28) и соответствующих зависимостей для ак и аПл может быть рекомендовано как расчетное для определения теплоотдачи при переходном кипении в большом объеме. Выполненные по этому уравнению расчеты вполне удовлетворительно совпадают с результатами эксперимента, если используются достаточно точные 'зависимости для развитого пузырькового кипения (для ак) в данных условиях.
Расчеты показали, что при 0,1 < / < 0,7 qT и qK одного порядка, a (gT + qK) f » ^пл(1 — /)• В области f > 0,7 преобладает qKf, а в области f < 0,1 <7Пл(1 — 7).
Глава 10
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ ПЛЕНОЧНОМ КИПЕНИИ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ
В ТРУБАХ
§ 10.1. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПУТЕМ ИСКУССТВЕННОЙ ТУРБУЛИЗАЦИИ ПОТОКА
Рассмотрим один из перспективных методов интенсификации теплоотдачи применительно к стержневому режиму пленочного кипения в трубах.
Стержневой режим возникает обычно на начальных участках трубопроводов (zjd « 100), если начальная температура стенки трубы превышает предельно допустимую температуру метастабильного перегрева жидкости. Подробно механизм пленочного кипения при стержневом режиме и его математическое описание рассмотрены в § 7.3 и 7.4.
