Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел, страница 35

Таким  же  образом,  как  при  кипении  в  большом  объеме  с  задаваемой  температурой  стенки,  меняется  плотность  теплового  потока  и  коэффициент   теплоотдачи  при   охлаждении  горячих  по-верхностей  в  объеме  жидкости  или  струями  диспергированной  жидкости (  например,  при  закалке).  Только  этот  процесс  начина-ется  с   пленочного  кипения  и  заканчивается  обычной  свободной  конвекцией.  Авторы  [10]  установили,  что  при  охлаждении  тел  ст-руями  жидкости  можно  выделить  три  режима:

1)  «несмачивающий»  режим,  при  котором  следы  капель  на  поверхности  тела  отсутствуют,  то  есть  слой  пара  препятствует  контакту  капель  с  поверхностью  (темпера-тура  поверхности  теплообмена  более  4000С);

2)  «смачивающий»  режим,  при  котором  на  охлаждаемой  по-верхности  в местах  попадания  капель  образуются  быстро  исчезающие  мокрые  пятна;

3)  кипение  в  пленке,  когда  последняя  стекает  по  охлаждаемой  поверхности,  а  через  нее  прорываются  паровые  пузыри.

Отдельно  теми  же  авторами  исследовалось   струйное  охлаждение  поверхностей  при  их  температуре  ниже  1100С,  когда   кипе-ние  отсутствовало.  В  этой  области,  до  температуры  охлаждаемой   поверхности  @  600С,  коэффициент  теплоотдачи  меняется  очень  мало,  а  при  превышении  этой  температуры  быстро  начинает  расти.

Авторы  предполагают,  что  вследствие  локального  повышения  скорости  жидкости  вблизи  нагретой  поверхности   воз-никает  кавитационный  эффект,  вызывающий  вскипание  воды  при  температуре  охлаждаемой  поверхности  ниже  температуры  кипения.  Вследствие   этого  быстро  растет  коэффициент  теплоот-дачи.

В  случае   кипения  внутри  трубы  пар  движется  вместе  с  жидкостью,  количество  последней  все  время  уменьшается,  а  ко-личество  пара   растет (растет  паросодержание).  В  связи  с  этим   меняяется   стуктура  потока  и  интенсивность  теплообмена   ( рис.  28,  29).

Максимальные  значения  коэффициента  теплоотдачи  соответ-ствуют  стержневому  режиму  кипения,  при  котором  толщина  пленки  жидкости  мала,  а  в  ядре  потока  движется  пар  с  большой  скоростью.  Внешняя  поверхность  пленки  покрыта  постепенно  уменьшающимися  волнами,  с  которых  паром  срываются  капли,  переносимые  в  ядро  потока.

Численные  значения  коэффициентов  теплоотдачи,  критичес-ких  плотностей  теплового  потока,  соответствующих  им  темпера-тур  поверхности  теплообмена  зависят  от  теплофизических  свойств  жидкости  и  ее  паров.  Но,  кроме  этого,  на  них  влияют  еще  и  фи-зико-химические  свойства  системы  жидкость – поверхность,  давление  в  этой  системе,  способ  подвода  тепла,  а  для  труб – условия  на  входе,  расход  жидкости  на  единицу  поперечного  сече-ния  (массовая  скорость,  кг/(м2с)),  степень  гидродинамической  ста-бильности  потока  и  др.  Учесть  влияние  этих  факторов  в  настоящее  время  пока  не  удается,  поэтому,  понятно,  нет  надежных  формул  или  уравнений,  обобщающих  имеющиеся  данные  по  теплообмену  при  кипении.  Многое  еще  неясно  и  в  физике  процесса,  поэтому  в  некоторых  случаях  даже  используется  разная  терминология.  Пока  точно  не  установлен  и  механизм  переноса   тепла  от  поверхности  нагрева  к  пузырькам  пара.  Разра-ботано  несколько  моделей  этого  процесса  и,  соответственно,  получены  разные  уравнения  для  количественного  определения  ко-эффициентов  теплоотдачи  при  пузырьковом  и  пленочном  кипении.  Основными  составляющими  уравнений  при  кипении  в  большом  объеме  являются  числа  Nu,  Re,  Pr  и  некоторые  другие.  Но  стук-тура  их  отлична  от  структуры  этих  чисел  при  обычной  конвек-ции.  Например,  Nu = a l*/l,   Re* = q l*/r m,    l* = sTн cp/gп r2.  Здесь      q – плотность  теплового  потока  на  поверхности  теплообмена  (теп-ловая  нагрузка);  s - поверхностное  натяжение  жидкости;  Тн – абсо-лютная  температура  насыщения  пара;  g п – его  плотность.