Влияние свойств теплоотдающей стенки на теплообмен при кипении, страница 3

Можно подчеркнуть, что опыты при кипении азота выполнены только при атмосферном давлении, а опыты при кипении фреонов проведены в широком диапазоне изменения давления.

Представленные результаты подтверждают, что влияние материала теплоотдающей стенки на интенсивность теплообмена является общей закономерностью при кипении различных жидкостей.

Шероховатость стенки. В разделах о влиянии шероховатости теплоотдающей поверхности на теплообмен при кипении в монографиях [2, 3, 5] подчеркивается, что шероховатость поверхности является одним из важнейших факторов, определяющих интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей. Экспериментально установлено, что  увеличение шероховатости приводит к смещению кривой кипения в область малых температурных напоров [12, 28]. Почти все исследователи отмечают, что существует предел, когда дальнейшее увеличение шероховатости не приводит к интенсификации теплообмена. Теплообмен существенно зависит не только от распределения впадин по размерам, но и от формы впадин и, следовательно, способа обработки теплоотдающей стенки. Примером могут служить результаты опытов [29], где теплообмен при кипении исследовался на поверхностях с одинаковой шероховатостью, но полученной либо с помощью механической обработки стенки, либо протравливанием поверхности в растворе соляной кислоты. Измерения показывают, что среднеквадратичная шероховатость не является универсальной  характеристикой поверхности. При одинаковом значении среднеквадратичной  шероховатости и заданном тепловом потоке в [29] получены отличающиеся значения температурного напора для различных технологий получения шероховатости. Поэтому здесь рассматриваются только работы, где шероховатость поверхности получена механическим способом. Шероховатость поверхности в соответствии с ГОСТ 2729-73  характеризуется высотой неровностей , что является единственной количественной характеристикой шероховатости поверхностей, которая приводится в работах по теплообмену при кипении.

Систематические исследования теплообмена при кипении холодильных агентов R12 и R113 на медных и стальных трубах различной шероховатости приведены в [12]. В этом исследовании шероховатость характеризуется высотой неровностей , которая изменялась в диапазоне 0.3£R_z £58 мкм . В табл. 2 из работы [12], для  каждой поверхности указан параметр  и способ получения поверхности с заданной шероховатостью. В табл. 1 показано, что толстостенными в этой работе можно считать только стальные трубы. Опыты с фреоном R113 проводились при атмосферном  давлении, а с фреоном R12 - при .

На рис. 4 из [12], приведены изменения коэффициентов теплоотдачи при кипении фреона R12 на стальных трубах разной шероховатости.

С увеличением шероховатости уменьшается значение теплового потока, соответствующего началу кипения. Основные результаты опытов, по мнению авторов, следующие: при одинаковом  увеличивается число действующих центров  парообразования, уменьшается температурный напор стенка - жидкость и растет  коэффициент теплоотдачи. В [30] приведены результаты измерений теплоотдачи при кипении кислорода на пластине из нержавеющей стали при широком изменении давления и следовательно физических свойств жидкости.

В модели, показанной на рис. 1, считается, что рост пузыря происходит за счет испарения жидкости с поверхности перегретого микрослоя, толщина которого не меняется во времени. Последнее означает, что микрослой обновляется за счет подтекающей под растущий пузырек жидкости. Если считать, что течение пленки под пузырем ламинарное, то внутренним масштабом такого течения является вязко-гравитационная постоянная жидкости  [31, 32]. Тогда естественным масштабом относительной шероховатости будет отношение

На рис. 5 показана обработка в координатах:

                                            (10)

экспериментальных данных [12] при кипении фреонов R12, R113 и н-бутана [36] на стенках, изготовленных из стали разной шероховатости, а также данные [33-35] при кипении воды и спирта на торцах стержней из различных металлов и разной шероховатости.