Теплообмен при кипении недогретой жидкости при вынужденном течении

Зона 2

Если t s,t_cv>t_s — поверхностное кипение.

или

где а₀ — для кипения в большом объеме,

Точка А (начало зоны 2) находится из соотношения:

где ос_к — для развитого кипения, Л_отл учитывает наличие отложений на стенке.

Рис. 9.18. Характер изменения функции th(x)

Рис. 9.19. Распределение температур стенки и жидкости при поверхностном кипении (q - const):

О — начальный участок; 1 — зона конвективного теплообмена; 2 — зона поверхностного кипения - переходная зона; 3 — зона неразвитого кипения

Расчетная зависимость для области 2:

где

— для конвективного теплообмена (зона 1).

ivUrlij ¹¹ '

Для воды в точке А

Вт

здесь [q] =—, [Р_к] = Па, [Г] = К.

м²

Теплообмен при кипении парожидкостной смеси (вынужденное течение в каналах)

Зона 3

Основа — умение рассчитать теплообмен в большом объеме.

Так как истинную скорость смеси рассчитать сложно, расчет идет по приведенной скорости:

Но для х > 0,2 4-0,3 —> ср —> 1 —> со_см — со".

Выделяют следующие диапазоны по влиянию скорости со_см:

• — область преимущественного действия (влияния) пузырькового кипения: со_см <204-30 м/с;
• — область преимущественного действия (влияния) конвекции: со_см > 50 4-60 м/с;
• — переходная область: 20 < со_см < 60 м/с.

Для кипения воды и пароводяной смеси в трубах и кольцевых каналах:

где oq = 7^аконв + (0,7ос₀)², причем:

• — ^аконв — коэффициент теплообмена, рассчитанный для двухфазного потока по скорости циркуляции со_о;
• — а₀ — коэффициент теплообмена при кипении в большом объеме.

Диапазон применимости (для воды):

Упрощенные формулы для воды при Р = 24-20 МПа:

Теплообмен в зоне перегрева пара

Зона 7

Расчет ведут по формулам для конвективного теплообмена (перегретый пар ~ газ):

— прямые трубы:

— змеевики:

где d — внутренний диаметр трубы, D — диаметр змеевика.

Кризисы теплообмена при кипении в каналах (вынужденное течение)

Термин «кризис» имеет ряд синонимов: пережог, осушение поверхности, отклонение от пузырькового кипения, ухудшение теплообмена. Механизм «кризиса» разный. В отличие от кризиса в большом объеме, кризис при вынужденном течении зависит от скоростей фаз, распределения температур, а не только от q и вида жидкости.

Удовлетворительной теории кризиса кипения в каналах пока нет. Рекомендации основаны на экспериментальных данных.

В парожидкостной смеси при постоянном диаметре канала наблюдается три вида зависимостей q_Kp = F(x_Kp), где д_кр — критическая плотность теплового потока, (x_fiL = x_m — относительная эн-тальпия потока в месте кризиса.

Для пароводяной смеси в круглых трубах (Р = 3 ч- 16 МПа):

TZp

а) (рсо)_см = 5004-2500——;

м² - с

б) (рсо)_см >2500-“—, Р>16МПа.

м² - с

Рис. 9.20. Виды зависимости д_кр отх_кр

На рис. 9.20:

• — ^хдк — начало дисперсно-кольцевого режима;
• — х_п — предельное паросодержание;
• — х_гр — граничное паросодержание.

Области:

I — кризис связан с переходом пузырькового кипения в пленочное;

II — то же, но в дисперсно-кольцевом режиме;

III — кризис связан с высыханием жидкой пленки (см. рис. 9.16, зона 5);

IV — «кризис орошения», он связан с недостаточным орошением (выпадением капель) стенки.

Паросодержание х_гр обычно связывается с высыханием жидкой пленки. Кризис в области резкого спада зависимости д_кр(х_кр) (область III) получил название кризиса теплообмена второго рода.

Кризис теплообмена первого рода трактуется как переход пузырькового кипения в пленочное (области I и II).

Интенсивность выпадения капель на греющую стенку (орошение) растет с РТ и (рш)_смТ; для (рсо)_см > 2500 и РТ (> 16 Мпа) м² - с интенсивность орошения — основной фактор отвода тепла.

Наступление кризиса в области IV обусловлено недостаточным орошением греющей стенки каплями (область ухудшенных режимов теплоотдачи, кризиса орошения).

Значение q_Kp = F(x_K, Р, (рш)_см) — см. справочные данные для l/d > > 20 и d - 8 мм (таблицы в справочниках).

Для других труб

где [d] = мм, 4 < d < 20 мм,

х_гр можно рассчитывать по интерполяционной формуле

где We = (рсо)см ----число Вебера.

р'с>

Формула справедлива для 3 < Р < 16 МПа (пароводяной поток).

Теплообмен в закризисной зоне парожидкостного потока

Зоны 5, 6

Если по движению потока имеет место кризис теплообмена, то в закризисной зоне парожидкостный поток имеет дисперсную парокапельную структуру. Теплообмен ухудшается. Граница ухудшенного режима характеризуется колебаниями t_CT из-за попеременного омывания стенки жидкостью и паром.

Рис. 9.21. Распределение температур и массового паросодержания в закризисной зоне:

I — зона развитого кипения; II — закризисная зона; Хравнов — для равновесного потока

В круглых трубах и кольцевых каналах теплообмен рассчитывается по формуле (как для конвекции):

( ' А^0,4

где У = 1-х| —-1 I (1-х)⁰’⁴.

Ip" J

Диапазон применимости:

Характерная разность температур At = t_CT - t_s.

Вопросы к теме 9

• 1. Теплоотдача при кипении. Кривая кипения.
• 2. Критические тепловые нагрузки при кипении в большом объеме. Кризисы кипения I и II рода при кипении в трубах.
• 3. Кипение в трубах. Характеристики двухфазового потока и режимы течения.
• 4. Кипение с недогревом; кипение насыщенной жидкости.
• 5. Распределение параметров потока по длине обогреваемой трубы. Расчет теплоотдачи при кипении в трубах.

Задачи к теме 9

• 1. Определить а — коэффициент теплоотдачи и t_c — температуру поверхности про пузырьковом режиме кипении воды. Давление р = 7,44 МПа. На поверхности нагрева q = 0,25 МВт/м².
• 2. Найти а при кипении воды в трубе d = 20 мм. Скорость циркуляции 1 м/с; р = 0,21 МПа; t_c = 140 °С.