Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей

Механизм переноса теплоты при кипении. Влияние смачиваемости стенки жидкостью, краевой угол. Рост, отрыв и движение пузырей пара. Минимальный радиус пузыря; число действующих центров парообразования. Режимы кипения жидкости в большом объеме. Первая и вторая критические плотности теплового потока. Расчет критических тепловых нагрузок. Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления, физических свойств жидкости, состояния поверхности и других факторов при кипении в большом объеме.

Теплообмен при кипении жидкости в трубах; зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости циркуляции, плотности теплового потока и других факторов. Расчет теплоотдачи в трубах. [4].

Методические указания

Изучите классификацию процессов кипения, а для каждого элемента этой сложной классификации - методику определения коэффициентов теплоотдачи, плотности теплового потока или температуры стенки, иногда температуры перегрева жидкости.

Заинтересованность в высокой интенсивности теплообмена заставляет обратить особое внимание на пузырьковый режим кипения. Однако именно для этой области кипения пока не существует строгой теории, а имеются лишь отдельные приближенные решения, которые отличаются различными подходами к процессу кипения. Поэтому при кипении различных жидкостей в неограниченном объеме, рекомендуется пользоваться формулой Г.Н. Кружилина

где ; ; - приведенная скорость парообразования, , м - характерный линейный размер паровой фазы σ, V_ж, λ_ж, Ср_ж, Pr_ж, Р_ж , соответственно коэффициент поверхностного натяжения, кинематическая вязкость, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, число Прандтля, плотность жидкости при температуре насыщения t_s, р_n - плотность пара при t_s, q, Вт/м² -плотность теплового потока, подводимого к поверхности нагрева, T_s - температура насыщения

Значения сиn принимаются:

при Re.≤ 0,01  с = 0,0625, n=0,5 ;

при Re. ≥0,01  с = 0,125, n = 0,65.

Определив коэффициент теплоотдачи а по этой формуле для заданного значения теплового потока q, Вт/м² , получают возможность вычислить и температурный напор

t_c-t_H=q/α.

Более простая формула теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применимая только для воды, рекомендована Михеевым М.А. С учетом последующего уточнения (см.: Рассохин Н.Г., Швецов Р.С., Кузьмин А.В. Расчет теплоотдачи при кипении. Теплоэнергетика, 1970, № 9, с. 58-59) она имеет вид

при 0,1 Мпа ≤ р ≤ ЗМПа, α = 6,0 p^1/5-q^2/3;

при 3 МПа ≤ р ≤20МПа,      α= 3,33p^3/4-q^2/3,

где α - Вт/(м^2·К), р - МПа, q -Вт/м².

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что увеличение критического радиуса парового пузырька способствует увеличению коэффициента теплоотдачи?

2. Верно ли, что для пузырькового режима кипения максимальные температурные напоры (Т_с - Т_n) ниже, чем для пленочного режима?

3. Верно ли, что с увеличением теплопроводности кипящей жидкости коэффициент теплоотдачи увеличивается, а с увеличением вязкости уменьшается?

4. Согласны ли Вы с утверждением, что в промышленных теплообменниках с кипением теплоносителя режим кипения пленочный?

5. Одинаковы ли процессы перехода от пузырькового к пленочному режиму кипения в случаях регулируемой температуры стенки и регулируемой плотности теплового потока?

6. Можно ли приведенную скорость парообразования выражать в метрах в секунду (м/с)?