В расчетно-графической работе рассматривается процесс кипения жидкости на горизонтальной трубе диаметром d, строятся расчетные зависимости q=f(∆t) и ά= f(∆t) с учетом первого и второго кризисов кипения.
Таблица 5.2, вариант 4.
Жидкость в большом объеме кипит при давлении насыщения Рн и температуре tн на горизонтальной трубе диаметром d. Для заданной жидкости необходимо:
1. определить критический тепловой поток qкр1 по формуле
qкр1=0,145r(ρ”)0,5[σ(ρ’-ρ”)g]0,25,
критический коэффициент теплоотдачи άкр1 по формуле
άкр1=Nu٭λ’/l
и критический температурный напор ∆tкр1 по формуле
∆tкр1= qкр1/ άкр1;
2. задаться восемью значениями q1< qкр1, посчитать для них ά1 и ∆t1 и построить в логарифмических координатах зависимости q1=f(∆t1) и ά1= f(∆t1) для пузырькового режима;
3. определить критический тепловой поток qкр2 по формуле
qкр2=0,125rρ”[σg(ρ’-ρ”)/ρ’2]0,25,
критический коэффициент теплоотдачи άкр2 по формуле
άкр2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25
и соответствующий температурный напор ∆tкр2;
4. задаться тремя значениями температурного напора ∆t2>∆tкр2, посчитать для них коэффициенты теплоотдачи ά2, тепловые потоки q2 и нанести зависимости q2=f(∆t2) и ά2= f(∆t2) на график.
Жидкость: пропанол - 1;
Давление насыщения жидкости: Рн=10 бар;
Диаметр трубы: d=15 мм;
Температура насыщения жидкости:tн=177°C;
Скрытая теплота парообразования жидкости: r=0,494·106 Дж/кг;
Коэффициент теплопроводности жидкости: λ’=0,128 Вт/м·К;
Коэффициент теплопроводности пара: λ”=0,03 Вт/м·К;
Коэффициент кинематической вязкости жидкости: ν’=0,24·10-6 м2/с;
Коэффициент кинематической вязкости пара: ν”=0,62·10-6 м2/с;
Плотность жидкости: ρ’=640 кг/м3;
Плотность пара: ρ”=19 кг/м3;
Коэффициент температуропроводности жидкости:а’=0,110·10-6 м2/с;
Массовая изобарная теплоемкость жидкости: с’р=3400 Дж/кг·К;
Коэффициент поверхностного натяжения жидкости: σ=0,014 Н/м;
Число Прандтля: Рrж=2,18.
1. Первый критический тепловой поток определяется по формуле (4.2):
qкр1=0,145r(ρ”)0,5[σ(ρ’-ρ”)g]0,25,
где r=0,494·106Дж/кг - скрытая теплота парообразования жидкости;
ρ”=19 кг/м3 - плотность пара;
σ=0,014Н/м - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
ρ’=640 кг/м3 - плотность жидкости;
g=9,81 м/с2 –ускорение силы тяжести.
qкр1=0,145·0,494·106·(19)0,5·[0,014·(640-19)·9,81]0,25=0,94·106 Вт/м2
2. Задаемся для построения кривой кипения значениями теплового потока:
q1=0,6·106; 0,3·106; 0,1·106; 0,1·105; 0,1·104; 0,1·103; 10; 1 Вт/м2.
Приведенная скорость парообразования (кипения) по формуле (2.1):
Wк= qкр1/r·ρ”= 0,94·106/0,494·106·19=0,12 м/с.
3. Для других q1:
Wк=0,08; 0,04; 0,01;13,5·10-4; 13,5·10-5 ; 13,5·10-6; 13,5·10-7; 13,5·10-8 м/с.
4. Характерный линейный размер для пузырькового кипения:
l٭= с’р· ρ’· σ·Tн/( r·ρ”)2,
где с’р=3400 Дж/кг·К - массовая изобарная теплоемкость жидкости;
Тн=450 К - температура насыщения жидкости.
l٭= 3400 · 640 · 0,014 · 450/(0,494·106 · 19)2=0,38·10-6 м.
5. Число Рейнольдса:
Re٭=Wк· l٭/ν’,
где ν’=0,24·10-6 м2/с - коэффициент кинематической вязкости жидкости.
Re٭= 0,12 · 0,38·10-6/0,24·10-6 =0,19 >0,01.
Другие значения Re٭=0,12; 0,06; 0,016 >0,01;
0,002; 0,0002; 0,00002; 0,000002; 0,0000002; <0,01
6. Число Нуссельта для пузырькового кипения:
Nu٭=0,125·Re٭0,65·Prж1/3,
где Рrж=2,18 - число Прандтля.
Nu٭=0,125·0,190,65·2 ,181/3=0,055.
Другие значения числа Нуссельта при Re>0,01.
0,04; 0,03; 0,011.
при Re٭<0,01:
Nu٭= 0,0625·Re٭0,5·Prж1/3=0,004; 0,001; 0,0004; 0,0001;0,00004.
7. Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении:
άкр1=Nu٭λ’/l٭ ,
где λ’=0,128 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности жидкости.
άкр1=0,055·0,128/0,38·10-6 =18526 Вт/м2·К.
Другие значения ά1=13473; 10105; 3705; 1347; 337; 135;33,7; 13,5 Вт/м2·К.
8. Температурный напор:
∆tкр1= qкр1/ άкр1=0,94х106/18526 =50,7 К.
Другие значения ∆t1=44,5; 29,7; 27; 7,4; 3; 0,74;0,3;0,07 К.
9. Построение зависимости q1=f(∆t1) и ά1= f(∆t1) для пузырькового кипения в логариф-мических координатах:
|
lg q1 |
lg ά1 |
lg ∆t1 |
|
5,8 |
4,1 |
1,6 |
|
5,5 |
4 |
1,5 |
|
5,0 |
3,6 |
1,4 |
|
4,0 |
3,1 |
0,9 |
|
3,0 |
2,5 |
0,5 |
|
2,0 |
2,1 |
-0,1 |
|
1,0 |
1,5 |
-0,5 |
|
0 |
1,1 |
-1,2 |
10. Второй критический тепловой поток:
qкр2=0,125rρ”[σg(ρ’-ρ”)/ ρ’2]0,25,
где r=0,494 ·106 Дж/кг - скрытая теплота парообразования жидкости;
ρ”=19 кг/м3 - плотность пара;
σ=0,014 Н/м - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;
ρ’=640 кг/м3 - плотность жидкости;
g=9,81 м/с2 –ускорение силы тяжести.
qкр2=0,125·0, 494 ·106·19·[0,014·9,81·(640 -19)/6402]0,25=140936 Вт/м2.
11. Критический коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении:
άкр2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25= qкр2/∆tкр2,
где λ”=0,03 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности пара;
∆tкр2 – критический температурный напор, К;
d=15 мм - диаметр трубы.
разрешая это уравнение относительно ∆tкр2, получим:
∆tкр2=(qкр2/0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”d]0,25)4/3=
=(140936 /0,62·[0,033·0,494·106(640-19)·9,81/0,62·10-6·0,015]0,25)4/3=661 К;
άкр2= qкр2/∆tкр2=140936/661 =213,2 Вт/м2·К.
12. Для построения кривой пленочного кипения задаемся другими ∆t2>661 К:
∆t2= 800; 1000; 1200 К.
13. Коэффициенты теплоотдачи ά2 при пленочном кипении:
ά2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25=
=0,62·[0,033·0,494·106(640-19)·9,81/0,62·10-6·661·0,015]0,25=209,8 Вт/м2·К.
Другие значения ά2 = 199,6; 189; 180,4 Вт/м2·К.
14. Плотность теплового потока:
q2= ά2∆t2=199,6·800=159680 Вт/м2.
Другие значения q2=189000; 216480 Вт/м2.
15. Построение зависимости q2=f(∆t2) и ά2= f(∆t2) для пленочного кипения в логарифмических координатах:
|
lg q2 |
lg ά2 |
lg ∆t2 |
|
5,20 |
2,30 |
2,90 |
|
5,28 |
2,27 |
3,0 |
|
5,34 |
2,25 |
3,1 |
Заключение
В расчетно-графической работе был рассмотрен процесс кипения жидкости пропанол - 1 на горизонтальной трубе диаметром d=15 мм и построены расчетные зависимости q=f(∆t) и ά=f(∆t) с учетом первого и второго кризисов кипения. Для данной жидкости
qкр1=0,94·106 Вт/м2, άкр1=18526 Вт/м2·К, ∆tкр1=50,7 К. Величина qкр2 составляет qкр2=140936 Вт/м2. Величины άкр2=213,2 Вт/м2·К и ∆tкр2=661 К.
1. Теплопередача через многослойную цилиндрическую стеку/ Сост. Шаров Ю.И. - Новосибирск: НГТУ, 2002г.
2. Построение кривой кипения жидкости/ Сост. Шаров Ю.И.- Новосибирск: НГТУ, 2000-2001г.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.