Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 45

При пленочном кипении кипящая жидкость отделена от поверхности нагрева паровой пленкой, причем температура стенки t_c значительно превышает температуру насыщения t_s. Поэтому наряду с конвективным теплообменом заметная часть тепла передается тепловым излучением. При пленочном кипении на поверхности горизонтальных труб паровая пленка имеет толщину в доли миллиметра, и движение пара носит ламинарный характер. Значение средних коэффициентов теплоотдачи  Вт/(м²·K).

При пленочном кипении на горизонтальных трубах в большом объеме:

                                               ,

где    – эффективная теплота парообразования, учитывающая перегрев пара в пленке;

        D – диаметр трубы.

Физические свойства среды относятся к паровой фазе (за исключением r¢) и выбираются при средней температуре .

При пленочном кипении на поверхности вертикальных труб и пластин течение пара в пленке имеет турбулентный характер (вихревой). Толщина пленки, которая испытывает волновые колебания, растет в направлении движения пара. Теплоотдача не зависит от высоты поверхности нагрева. Процесс во многом сходен со свободной конвекцией однофазной жидкости около вертикальных поверхностей. Подъемная сила, определяющая движение пара в пленке, инициируется разностью плотностей жидкости и пара: . Расчет теплоотдачи производится по формуле:

                                               ,

здесь физические свойства пара выбираются по средней температуре пара, т. е. .

Прекращение пленочного режима кипения наступает тогда, когда температура поверхности нагрева t_c оказывается ниже температуры предельного перегрева жидкости t_п. t_п определяет тот максимальный перегрев жидкости, выше которого жидкая фаза оказывается термодинамически абсолютно неустойчивой: она самопроизвольно распадается и испаряется.

Функция  близка к прямой линии, заканчивается в критической точке воды.

Рисунок 85. Функция

Пленочное кипение прекращается тогда, когда температурный напор  оказывается равным или меньше, чем предельный напор  при заданном давлении. Тогда , где . Или , , где p измеряется в барах.

При более высоких  жидкость не может соприкасаться с поверхностью нагрева, т. к. происходит ее самопроизвольное распадение и испарение.

Тепловой поток, соответствующий кризису кипения, находится:

                                                          ,

где   a – коэффициент теплоотдачи в режиме пленочного кипения, определяемый по формулам пленочного кипения.

8. Теплообмен при конденсации пара

8.1. Основные положения, виды конденсации

Конденсация – это процесс перехода пара в жидкое или твердое состояние (фазовый переход I рода). Конденсация широко используется в практике: пар конденсируется в конденсаторах паровых турбин, в опреснительных установках, многочисленных теплообменных аппаратах, в которых используется пар в качестве теплоносителя.

Процесс конденсации возможен только в докритических состояниях пара (газа) и может быть осуществлен либо охлаждением, либо в результате такого сжатия, чтобы температура и давление газа были бы на уровне устойчивой конденсированной фазы. Если p и t выше параметров тройной точки данного вещества, то образуется жидкая конденсированная фаза, а если ниже, то пар конденсируется в твердое состояние.

Конденсация ожжет происходить как в объеме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае образование конденсированной фазы происходит за счет сильного переохлаждения пара самопроизвольно и на холодных жидких или твердых частицах, вводимых в пар. Такие вещества называются лиофобизаторами (для воды – гидрофобизаторами).

Конденсация на поверхности происходит при температуре поверхности ниже температуры насыщения при данном давлении. Такая конденсация может быть пленочной и капельной. При пленочной конденсации на поверхности теплообмена образуется устойчивая пленка, что может быть при условии смачивания конденсатом поверхности. При несмачивании поверхности, т. е. при  происходит капельная конденсация. Обычно вода смачивает поверхности, и поэтому обычно конденсация пленочная. В случае же замасливания поверхности происходит капельная конденсация, которая также наблюдается при использовании ртутного пара.