Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 44

Преимущество такого процесса в том, что количество тепла, передаваемое при поверхностном кипении, оказывается значительно больше, чем при конвективном теплообмене. Этот режим используется для интенсификации теплообмена в авиадвигателях, ракетных установках, в установках непрерывного розлива стали и др. Недостаток в том, что в процессе поверхностного кипения возможно появление высокочастотных пульсаций давления в рабочем канале.

7.1.3.4. Влияние свойств стенки

На режим пузырькового кипения влияет шероховатость и теплофизические свойства стенки. Одна из причин – адсорбция растворенного в жидкости газа во впадинах шероховатости. Работоспособными являются лишь те впадины, которые способны адсорбировать газ; средняя глубина впадин составляет 5 ¸ 10 мкм.

Плотность тепловых потоков при кипении на медной поверхности и из нержавеющей стали различаются для воды в 5 раз. Это связано с влиянием коэффициента аккумуляции тепла .

7.1.3.5. Влияние скорости принудительной циркуляции

На процесс кипения влияет скорость принудительной циркуляции. Это влияние выражается в искажении краевого угла смачивания и срыве паровых пузырьков со стенки раньше, чем они достигнут отрывного диаметра, характерного для кипения при свободном движении. При малых скоростях воздействие вынужденного движения потока невелико, и теплоотдача определяется интенсивностью процесса парообразования, т. е. плотностью теплового потока q_c. С повышением же скорости вынужденного движения потока в трубе влияние величины q_c снижается, и коэффициент теплоотдачи приближается к значениям, имеющим место при конвекции однофазной жидкости.

Рис. 84. Влияние q_c на a (при увеличении w ослабевает)

7.1.3.6. Влияние давления насыщения

В области низких давлений  бар особенности в процессе кипения таковы: появление нерегулярного пульсирующего во времени процесса вскипания, возникновение значительных перегревов жидкости и появление звуковых эффектов (стуков). Интенсивность теплоотдачи при этом значительно снижается. При кипении на горизонтальных трубах и плитах при свободном движении:

                                           .

7.1.4. Теплообмен при пузырьковом кипении

Теплообмен оценивается критериальным уравнением при свободной конвекции:

                                                       .

Для неметаллических жидкостей в области значений , , скорость циркуляции жидкости  м/с, объемное расходное паросодержание  %:

Re	C	n
≤ 0,01	0,0625	0,5
≥ 0,01	0,125	0,65

В случае кипения металлов , показатель степени при числе Прандтля составляет 0,65.

Здесь:

                               ; ; .

Эмпирические формулы:

                                                    ,

где    – коэффициент.

Для воды, если посчитать b:

                                                   ,

где   p_s – бар, q – Вт/м².

Формула применима в диапазоне давлений 1 ¸ 200 бар.

При кипении на горизонтальных трубных пучках:

                                     ,

где   n – число труб в направлении свободной конвекции;

        s – расстояние между трубами;

        d – диаметр трубки.

В условиях вынужденной конвекции в трубах:

                                                    ,

где   Re – число Рейнольдса при пузырьковом кипении, ;

        Re_к – число Рейнольдса при обычной конвекции (вынужденной).

Тогда:

                                                        ,

где   a_w – конвективный коэффициент теплоотдачи;

        a_q – коэффициент теплоотдачи при пузырьковом режиме.

При  .

Коэффициент теплоотдачи при кипении насыщенной жидкости в трубе:

                                                     .

7.1.5. Теплообмен при пленочном кипении