Теплоотдача при кипении жидкости

Характер кипения и его интенсивность зависят от разности температур поверхности стенки, отдающей тепло и tкип. жидкости, т.е. от ∆t = tст. - tкип. ∆t тем больше, чем больше q – удельная тепловая нагрузка поверхности нагрева – или плотность теплового потока:

Теплоотдача при кипении жидкости - №1 - открытая онлайн библиотека (Вт/м2).

При небольших q образование пара на обогреваемой поверхности происходит лишь в отдельных ее точках ( на центрах парообразования – бугорки на шероховатой поверхности, загрязнения и т.п.).

С возрастанием ∆t или повышением давления число центров парообразования увеличивается, и кипение становится более интенсивным.

Если кипение происходит в большом объеме при малых ∆t , а значит небольших q (при атм.давлении ∆t Теплоотдача при кипении жидкости - №2 - открытая онлайн библиотека 5о, q Теплоотдача при кипении жидкости - №2 - открытая онлайн библиотека 5 Теплоотдача при кипении жидкости - №4 - открытая онлайн библиотека 3 ккал/м2час), то процесс определяется в основном естественной конвекцией и α можно приближенно определить по формулам для естественной конвекции.

С возрастанием q интенсивно образующиеся пузырьки пара способствуют увеличению скорости движения жидкости, α при этом увеличивается. Режим кипения в данном случае называется пузырьковым.

Теплоотдача при кипении жидкости - №5 - открытая онлайн библиотека При дальнейшем увеличении ∆t или q образующиеся пузырьки сливаются между собой и на поверхности теплообмена образуется сплошная пленка пара. α резко уменьшается. Этот режим называется пленочным.

Характер изменения α и q от ∆t иллюстрируется на рисунке. Видно, что α сильно возрастает с увеличением ∆t при пузырьковом режиме кипения, достигает max в критической точке и резко уменьшается при переходе к пленочному режиму и не зависит от ∆t в пленочном режиме.

q изменяется аналогично. В области пленочного режима q пропорциональна ∆t.

Оптимальным является режим приближающийся к критическому. Для воды – при атммосферном давлении.

qкр. ~ 106 Вт/м2; αкр. ~ 104 Вт/м2*К.

Коэффициент теплоотдачи α для воды для пленочного режима, естественной конвекции и давлениях от 0,2 до 100 атм. определяется по формулам:

α = Aq0,7.

А – зависит от физических cвойств жидкости. Для других жидкостей, особенно растворов, определение α сложнее. Следует пользоваться справочными данными.

С увеличением P α снижается.

Теплопередача

Теплопередачей называется процесс передачи тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую их поверхность.

Теплоотдача при кипении жидкости - №6 - открытая онлайн библиотека Количество передаваемого тепла определяется по уравнению Теплоотдача при кипении жидкости - №7 - открытая онлайн библиотека , которое называется основным уравнением теплопередачи. Здесь К – коэффициент теплопередачи, который является суммирующим коэффициентом, учитывающим переход тепла из ядра потока одного теплоносителя к стенке (теплоотдача), перенос тепла через стенку (теплопроводность) и от стенки к ядру другого теплоносителя (теплоотдача). На рис.d - толщина стенки;l - коэффициент теплопроводности стенки, tж1, tж2- температура жидкости в ядре потока, tст1, tст2 – температура стенки, a1, a2 – коэффициенты теплоотдачи. При установившемся режиме количество тепла, передаваемое в единицу времени через площадь F из ядра потока 1-го теплоносителя к стенке равно количеству тепла, передаваемого через стенку и далее от стенки к ядру 2-го теплоносителя.

Теплоотдача при кипении жидкости - №8 - открытая онлайн библиотека ; Теплоотдача при кипении жидкости - №9 - открытая онлайн библиотека ; Теплоотдача при кипении жидкости - №10 - открытая онлайн библиотека . Выразим Теплоотдача при кипении жидкости - №11 - открытая онлайн библиотека из них: Теплоотдача при кипении жидкости - №12 - открытая онлайн библиотека Отсюда: Теплоотдача при кипении жидкости - №13 - открытая онлайн библиотека .

Или Теплоотдача при кипении жидкости - №14 - открытая онлайн библиотека , где Теплоотдача при кипении жидкости - №15 - открытая онлайн библиотека . Теплоотдача при кипении жидкости - №16 - открытая онлайн библиотека- величина обратная коэффициенту теплопередачи, представляющая собой термическое сопротивление теплопередаче, Теплоотдача при кипении жидкости - №17 - открытая онлайн библиотека - термические сопротивления теплоотдаче, Теплоотдача при кипении жидкости - №18 - открытая онлайн библиотека - термическое сопротивление стенки.

Tермическое сопротивление теплопередаче является суммой термических сопротивлений теплоотдачи и стенки.

При расчете К многослойнойстенки:

Теплоотдача при кипении жидкости - №19 - открытая онлайн библиотека , где i = номер слоя, n = число слоев.