Основы теплообмена. Основные способы передачи тепла. Теплопроводность, страница 5

                  Nu_ж =  0,021Re^0,8_ж Pr^0,43_Ж(Pr_ж/Pr_c)^0,25,                       (3.17)

при  индексе  “ж” физические параметры  жидкости определяются при  средней температуре ее,  при “с”  параметры жидкости находят по  средней температуре стенки; выражение в скобках учитывает направление теплового потока. При  трубах некруглого сечения, при течении в межтрубном пространстве – пучок труб находится внутри большой трубы (корпуса) -  для определения  Re  используется  эквивалентный диметр d_э:

                                             d_э = 4F/U,                                           (3.18)

F – площадь поперечного сечения канала, сечения для прохода жидкости, м²;  U – длина смоченного периметра, м. Пример вычисления d_э  приведен ниже.

При  l/d_э = 50 и менее  критерий Нуссельта, найденный по формуле (3.17), умножается на коэффициент e_i, который берется из таблицы 3.2 в зависимости от l/d_э и Re_ж ,l – длина трубы или канала, м.

Таблица 3.2

3,5. Теплоотдача при кипении жидкости и конденсации пара

Теплообмен при кипении воды наблюдается в котлах, парогенераторах и ядерных энергетических реакторах и по своей физической сущности весьма сложен. При кипении образуется множество пузырьков, они растут, отрываются от поверхности, на их место наблюдается  приток новых масс жидкости. Перемешивание при этом паровых и водяных масс приводит к более интенсивному теплообмену, в результате  коэффициент теплоотдачи при кипении гораздо выше, чем в молекулярном диффузионном переносе теплоты в граничном слое некипящей жидкости. При  большой тепловой нагрузке количество  образующихся паровых пузырьков может быть так велико, что у поверхности образуется сплошная паровая  пленка и вместо режима пузырькового кипения  наступает режим пленочного кипения, при котором теплоотдача от поверхности нагрева  резко уменьшается и температура стенки увеличивается.

Зависимости удельной мощности теплового потока q и коэффициента теплоотдачи  a  от температурного напора  Dt = t_с – t_ж, полученные для воды на основании опытов, даны на рис. 3.6. При малом Dt  (до точки А) кипение проявляется слабо, например при  Dt = 5 К   q  составляет ~5×10³ Вт/(м².×К). С дальнейшем ростом q между точками А и В наблюдается область развитого пузырькового кипения. Здесь a быстро возрастает, достигая максимального значения  » 35×10³ Вт/(м²×К).

Пленочное кипение наблюдается, начиная от точки В, причем на участке ВС пленка не покрывает устойчиво поверхность нагрева.

После точки С на участке CD происходит пленочное кипение, при этом a резко падает, достигает минимального значения, которое  при дальнейшем  росте Dt остается практически неизменным, так как сплошная паровая пленка у поверхности действует как изоляционный материал. Резкий переход от пузырькового к пленочному кипению называется кризисом кипения, соответствующие величины  Dt, a, q называются критическими, Для воды при атмосферном давлении  Dt_КР = 25 К.

Важно знать параметры кризиса кипения воды и других теплоносителей при различных давлениях с целью обеспечения пузырькового кипения и исключения  пережога поверхностей нагрева.

При кипении воды  для определения a можно использовать формулу:

                                       a = 46Dt^2,33p^0,5,  Вт/(м²×град);                      (3.19)

или формулу: