Читайте также:
|
|
Для жидкого однофазного теплоносителя характерны изменение теплофизических характеристик от температуры и давления. Как показывает анализ, происходит существенное изменение вязкости от температуры. Изменение необходимо учитывать в исходных уравнениях. Если задача решена без учета, то в конечную форму обработки результатов в виде критериального уравнения вводят соотношение
Зависимость оптимальных характеристик от температуры и давления незначительны.
Часто в процессе теплообмена нагреваемые или охлаждаемые материалы изменяют агрегатное состояние: испаряются, конденсируются, плавятся или кристаллизуются. Особенности таких процессов теплообмена заключаются в том, что тепло подводится к материалам или отводится от них при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.
10) Особенности теплообмна при изменении фазового состояния теплоносителя: кипенеие жидкостей
В термодинамике процессы парообразования и конденсации рассматривались как равновесные. Условно принималось, что жидкая и парообразная фазы в процессе изменения агрегатного состояния находятся при одинаковой температуре насыщения , однозначно определяемой давлением. Но эти процессы сопровождаются интенсивным теплообменом, который возможен только при наличии температурного градиента. Опыт подтверждает, что кипящая жидкость всегда несколько перегрета и на границе раздела фаз устанавливается небольшая разность температур, составляющая доли кельвина. Около теплопередающей поверхности стенки температура кипящей воды может превышать температуру насыщения на несколько десятков кельвинов при толщине перегретого слоя в несколько миллиметров. Установлено, что первоначально пузырьки пара при кипении образуются не в толще жидкости, а на поверхностях нагрева в отдельных точках, называемых центрами парообразования. Инициировать возникновение таких центров могут микронеровности поверхности или пузырьки газа, содержащегося в жидкости. Размер образовавшихся паровых пузырьков постепенно увеличивается. Из-за меньшей плотности пара действующая вверх сила в какой-то момент становится больше сил сцепления пузырька с поверхностью, и он всплывает. Частота появления пузырьков в центрах парообразования и число действующих центров увеличивается с ростом температурного напора
,где - температура стенки.
Это ведёт к увеличению коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока, как показано на рисунке (3.1). Интенсивность пузырькового кипения возрастает до определенного предела, когда количество центров парообразования становится так много, что паровые пузырьки сливаются и образуют сплошную паровую пленку с большим термическим сопротивлением. В отличие от пузырькового такой режим кипения называется пленочным. При этом коэффициент теплоотдачи резко (в 20-30 раз) уменьшается, а температурный напор возрастает.
Рисунок 3.1
При пузырьковом кипении жидкости в условиях естественной конвекции коэффициент теплоотдачи определяется по следующей формуле:
где l - коэффициент теплопроводности жидкости, m - коэффициент динамической вязкости жидкости, с – теплоёмкость жидкости, Тs – термодинамическая температура насыщения, r - удельная теплота парообразования, rп - плотность пара, r - плотность жидкости, s - коэффициент поверхностного натяжения.
Для определения коэффициента теплоотдачи в условиях пузырькового кипения воды при давлении от 0,1 до 4,0 МПа рекомендуется такая упрощенная расчетная формула:
(3.2)
11) Особеннсоти теплообмена при изменении фазового состояния теплоносителя: конденсация паров.
При соприкосновении насыщенного пара с более холодной стенкой происходит конденсация - фазовый переход, сопровождающийся выделением теплоты.
Различают капельную и пленочную конденсацию. В первом случае конденсат осаждается на стенку в виде капель, а во втором - в виде сплошной пленки. Капельная конденсация происходит в том случае, когда охлаждающая поверхность не смачивается жидкостью и сопровождается высокими значениями коэффициента теплоотдачи, достигающими 100-150 . При пленочной конденсации, которая чаще всего происходит в теплообменных аппаратах, коэффициент теплоотдачи на порядок меньше. Это объясняется тем, что образующаяся на охлаждающей поверхности плёнка создаёт значительное термическое сопротивление и ухудшает теплообмен между паром и стенкой.
Движение пленки под действием гравитационных сил может быть ламинарным и турбулентным. Характер движения на вертикальной пластине или трубе характеризуется безразмерным числом
где Н - высота стенки, м.
При Z<2300 движение пленки ламинарное и для этого случая расчетная формула для среднего по высоте коэффициента теплоотдачи имеет вид:
При Z>2300 течение пленки ламинарное вверху и турбулентное внизу. Для среднего по высоте коэффициента теплоотдачи используется формула
Если конденсация пара происходит на горизонтальных трубах, то для ламинарного режима, преимущественного в этом случае, рекомендуется такое выражение:
где d - наружный диаметр трубы, м.
В том случае, когда конденсируется перегретый пар, в формулы вместо r подставляется значение
где - изобарная удельная теплоемкость перегретого пара, а - температура перегретого пара.
При конденсации влажного пара со степенью сухости х в формулы вместо r подставляется х· r.
Дата добавления: 2015-01-30; просмотров: 33 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |