Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел, страница 34

Если  к  днищу  или  стенкам  сосуда  с  жидкостью  подводить  тепловой  поток  со  все  возрастающей  плотностью,  то  температура днища  или стенок  будет  постепенно  расти,  плотность  теплового  потока,  отводимого  жидкостью,  соответственно  будет  увеличива-ться.  В  начальный  отрезок  времени  отвод  тепла  от  поверхности  теплообмена  будет  происходить  за  счет  обычной  свободной  кон-векции,  а  затем,  при  достижении  некоторого  значения  разности  между  температурой  поверхности  t с  и  температурой  насыщения  при  данном  давлении  t нс (некоторого  перегрева)  у  поверхности  начнется  процесс образования,  роста  и  отрыва  пузырьков.  К  сво-бодной  конвекции  добавится  перемешиание  жидкости  всплываю-щими  пузырьками.  Последние  сначала  по  мере  подъема  будут  уменьшаться,  отдавая  тепло  жидкости,  а  затем – расти.  Начнется  процесс  кипения  в  объеме.  В  жидкости  будут  зарождаться   и  но-вые  пузырьки.  Распределение  температуры  по  высоте  слоя  недогретой  и  нагретой  жидкости  показано  на  рис.  26.

С  появлением  пузырьков  интенсивность  теплообмена  несколько  увеличится.  Но  увеличение  перегрева  и  числа  зарождающихся  на  поверхности  теплообмена  пузырьков  не  бес-предельно.  Наступает  момент,  когда  зарождающиеся  на  поверхн-ности  пузырьки  сливаются  в  единый  большой  пузырь – пленку,  периодически  отрывающуюся  и  всплывающую  в  виде  больших  пузырей.  Перенос  тепла  от  поверхности  теплообмена  к  жидкости  через  пленку  происходит  за  счет  излучения,  ослабляемого  паром,  за  счет  конвекции  и  теплопроводности  пара,  которая  обычно  не-велика.  Поэтому  отвод  тепла  от  поверхности  теплообмена  резко  снижается,  температура  поверхности  быстро  растет.  Характер  из-менения  плотности  отводимого  теплового  потока  зависит  от  спо-соба  обогрева  поверхности  теплообмена.

Если   обогрев  вести  так,  чтобы  температура  стенки  была  за-даваемой   по  желанию  экспериментатора,   то  плотность  отводим-ого  жидкостью  теплового  потока  меняется  так,  как  показано  сплошной  кривой   на  рис. 27,  то  есть  по  линии  АБВГД.  При  этом  на   начальном   участке  перегрева (для  воды – примерно  от  )  до  10-15 К)  теплообмен  происходит  еще  за  счет  свободной  кон-векции.  Затем  в  микрошероховатостях  поверхности  теплообмена  начинают  зарождаться,  расти  и  отрываться  пузырьки  пара,  турбу-  лизирующие  пограничный  слой.  Происходит  так  называемое  не-развитое  кипение,  когда  основной  вклад  в  теплообмен  приходится  все-таки  на  свободную  конвекцию.  При  дальнейшем  увеличении  епрегрева  число  центров  парообразования  возрастает,  увеличивается  перегрев  всей  жидкости,  увеличивается турбулиза-ция   пристенного  слоя  и ,  следовательно, интенсивность  теплооб-мена.  Затем,  как  уже  было  сказано,  наступает   пленочный  режим  кипения (линия  ГД).  Теплоотдача  при  пленочном  кипении  растет  с  увеличением  перегрева,  а  коэффициент  теплоотдачи  почти  оста-ется  постоянным. Только  при  высокой  температуре  поверхности  теплообмена  он  немного  увеличивается  за  счет  теплообмена  излучение   через  паровую  пленку;  в  основном  же  тепло  передается  теплопроводностью .

Если  нагрев  жидкости  происходит  при  постоянной  плотност-ти  теплового  потока,  то  сначала  процесс  идет  по  линии  АБВ,  а  затем   - скачком   по  линии  ВД  переходит  в  режим  пленочного  кипения;  коэффициент  теплоотдачи  резко  уменьшается,  температу-ра  поверхности  теплообмена  резко  возрастает  до  значений,  опасных  с  точки  зрения  ее прочности (у  воды  при   атмосферном  давлении -  примерно  до  11500 С).

Максимальную  плотность  теплового  потока  при  пузырько-вом  кипении  называют  первой  критической,  а  минимальную – вто-рой  критической.