Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 43

и теплота подводится в этом случае главным образом от прилегающих слоев жидкости на межфазной поверхности F_ж.

В общем случае:

                                                     ,

где   функция .

Рис. 80. Функция

При ,  и  .

Область низких давлений соответствует .

Таким образом, скорость роста паровых пузырьков определяется увеличением числа Ja. Однако при низких давлениях влияние Ja на  выше, чем при высоких, т. к. возрастает . Следовательно, при низких давлениях скорость роста пузырьков больше, чем при высоких. Скорость  растет и с ростом перегрева жидкости.

В приведенных расчетных зависимостях температура стенки принята постоянной. Однако она меняется во времени, пульсирует. На участке AB температура падает за счет испарения микрослоя перегретой жидкости. После полного испарения микрослоя (точка B) температура повышается из-за ухудшения теплоотдачи к пару. В точке C – отрыв пузырька, снижение t_c за счет притока нового микрослоя жидкости. На участке DE – образование перегретого слоя жидкости и т. д.

Рис. 81. Изменение температуры стенки пузырька при его росте

Поэтому влияние на процесс кипения теплофизических свойств жидкости проявляется не только в теплопроводности, а в комплексной величине , носящей название коэффициента аккумуляции теплоты (коэффициента теплоусвоения). С увеличением этого коэффициента увеличивается скорость роста паровых пузырьков, и это существенно, когда , т. е. когда основной приток тепла идет через основание F_c пузырька.

7.1.3.1. Отрывной диаметр пузырька

Пузырек растет до некоторого диаметра d₀, при котором он отрывается. d₀ называется отрывным диаметром. На стадии развития пузырек удерживается силами у центра парообразования. Но по мере увеличения его размеров растет подъемная сила.

В общем случае на пузырек действуют подъемные силы, силы поверхностного натяжения (по касательной к поверхности), инерционные силы и силы лобового сопротивления. Последние две есть гидродинамические силы.

В стационарных условиях в момент отрыва пузырек деформирован из-за действия подъемной силы. В результате под d₀ следует понимать эквивалентный отрывной диаметр:

                                                           ,

где   V₀ – объем деформированного пузырька.

Тогда:

                                               ,

где   q – краевой угол, измеряемый в угловых градусах.

Рис. 82. Рост пузырька

С увеличением q смачиваемость поверхности ухудшается, пузырек имеет большие размеры d₀.

Теплоотдача от жидкости к пузырьку при его движении в слое после отрыва характеризуется большой интенсивностью. a от воды к пару достигает 200 тыс. Вт/(м²·K).

7.1.3.2. Влияние уровня жидкости

Высота слоя жидкости над поверхностью теплообмена влияет на интенсивность теплообмена. Могут быть два случая:

1) при снижении уровня жидкости менее 10 ¸ 20 мм увеличивается перегрев , растет число z центров парообразования, растет частота отрывов пузырьков;

2) при тонких пленках менее 2 мм перегрев снижается, уменьшается число центров парообразования.

В очень тонких пленках снижается Dt, уменьшается z и процесс может совсем прекратиться. В тонкопленочных аппаратах применение пленок менее 1 ¸ 2 мм нецелесообразно вследствие снижения интенсивности теплообмена.

Рис. 83. Влияние уровня жидкости

7.1.3.3. Влияние недогрева жидкости

Кипение с недогревом есть кипение у поверхности теплообмена (поверхностное кипение), при котором вдали от стенки жидкость недогрета до температуры насыщения. Паровые пузырьки, возникшие в пограничном слое, попадая в пограничное ядро, конденсируются. Таким образом, в теплообмене участвует поверхностное кипение, конвекция недогретой однофазной жидкости, конденсация пара на границе раздела кипящего пограничного слоя и холодного ядра жидкости.