Тема 11. Теплообмен при конденсации чистого пара

Содержание темы.

Условия возникновения конденсации пара. Пленочная и капельная конденсации. Коэффициент конденсации. Термическое сопротивление фазового перехода. Конденсация сухого насыщенного пара на вертикальных стенках; ламинарное и турбулентное течение пленки; теоретический расчет теплоотдачи при ламинарном течении пленки; поправка на волновое движение пленки; расчет средней теплоотдачи при наличии на поверхности ламинарной и турбулентной пленки. Конденсация пара внутри труб.

Конденсация сухого насыщенного пара на горизонтальных трубах и пучках труб; результаты теоретического расчета теплоотдачи для одиночной трубы; характер обтекания конденсатом пучков труб, измерение теплоотдачи по рядам, влияние скорости пара и других факторов. Расчет теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных пучках труб. Теплоотдача при капельной конденсации пара.

Влияние перегрева и влажности пара на коэффициент теплоотдачи. Особенности теплоотдачи при конденсации паров металлов.

Литература: [1,гл.12]

Методические указания.

Следует представлять себе общую классификацию процессов: в объеме или на поверхности, пленочную или капельную, при неподвижном или движущемся паре, при паре насыщенном, влажном или перегретом. Изучение подтем пленочного и капельного видов конденсации нужно завершить анализом диаграмм [1, рис. 12-8, 12-14], удобных для многих практических расчетов.

Вопросы для самопроверки.

11.1. Может ли коэффициент конденсации принимать значение более единицы? (Да, нет).

11.2. Верно ли, что рост коэффициента конденсации характеризует снижение скачка температур в кнудсеновском слое? (Да, нет).

11.3. Верно ли, что увеличение скачка температур в кнудсеновском слое связано с увеличением термического сопротивления на границе раздела фаз при конденсации пара? (Да, нет).

11.4. Может ли увеличение термического сопротивления на границе раздела фаз сопровождаться уменьшением общего термического сопротивления тепловому потоку при конденсации? (Да, нет).

11.5. Верно ли, что для критического числа Рейнольдса, характеризующего переход от ламинарного режима к турбулентному, определяющим размером служит высота x участка стекающей пленки? (Да, нет).

11.6. Входит ли в состав числа Рейнольдса для пленки конденсата коэффициент теплоотдачи при конденсации? (Да, нет).

11.7. Зависит ли коэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме конденсации от температурного напора? (Да, нет).

11.8. При увеличении температурного напора вдвое и при сохранении ламинарного режима конденсации может ли плотность потока теплоотдачи увеличиваться вдвое? (Да, нет).

11.9. Верно ли, что поправочный множитель на волновое движение при пленочном ламинарном режиме конденсации больше единицы при Re=200? (Да, нет).

11.10. Может ли средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности уменьшаться при увеличении температурного напора и при сохранении постоянного размера участка конденсации? (Да, нет).

11.11. Может ли средний коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации водяного пара уменьшаться при увеличении температурного поля напора? (Да, нет).

11.12. Верно ли, что коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации водяного пара больше, чем при пленочной конденсации этого же пара? (Да, нет).

Тема 12. Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей

Содержание темы.

Условия возникновения кипения. Механизм кипения жидкости. Перегрев жидкости и наличие центров парообразования как условия возникновения паровой фазы: образование пузырей пара. Влияние смачиваемости стенки жидкостью, краевой угол.

Рост, отрыв и движение пузырей пара. Минимальный радиус центра парообразования; число действующих центров парообразования. Взрывной характер образования пузыря; изменение диаметра пузыря во времени. Отрывной диаметр. Теплообмен при пузырчатом кипении между стенкой и жидкой фазой, между жидкой и паровой фазами. Условия возникновения пленочного кипения.

Зависимость коэффициента теплоотдачи и плотности теплового потока от температурного напора при кипении в большом объеме для области пузырчатого кипения. Пленочный режим. Первая и вторая критические плотности теплового потока. Изменение теплоотдачи и температуры стенки при пленочном режиме.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления, физических свойств жидкости, состояния поверхности и других факторов при кипении в большом объеме. Метод обобщения опытных данных по теплообмену при пузырчатом кипении, основные идеи метода, система критериев подобия. Обобщенные и частные эмпирические зависимости для коэффициента теплоотдачи.

Теплообмен при кипении жидкости в трубах: характер движения парожидкостной смеси в горизонтальных и вертикальных трубах; развитие процесса кипения по длине трубы; зависимость теплоотдачи от скорости циркуляции, объемного паросодержания и плотности теплового потока. Расчет теплоотдачи в трубах.

Теплоотдача при кипении жидкости, не подогретой до температуры насыщения; распределение температур жидкости в поперечном сечении канала, протекание процесса; зависимость теплоотдачи при кипении недогретой жидкости от различных факторов; расчетные уравнения.

Зависимость первой и второй критических плотностей теплового потока от различных факторов. Расчет критических тепловых нагрузок.

Механизм пленочного кипения. Расчет теплоотдачи при пленочном кипении жидкости. Особенности теплообмена при кипении жидких металлов.

Литература: [1,гл.13]

Методические указания.

Различают кипение на поверхности и в объеме жидкости, пузырьковое и пленочное, в перегретой и недогретой жидкости, в неограниченном объеме и внутри труб, при регулируемой заданной плотности теплового потока qc и при регулируемой заданной температуре стенки tс, при свободной и при вынужденной конвекции. Пленочные режимы кипения различают по характеру движения паровой пленки – ламинарному и турбулентному. При кипении струи в вертикальной трубе различают несколько режимов: режим подогрева, поверхностного кипения, эмульсионного, пробкового, стержневого кипения и режим подсыхания.

Для каждого элемента этой классификации процессов кипения изучите методику определения коэффициентов теплоотдачи, плотности теплового потока или температуры стенки, иногда температуры перегрева жидкости. Изучите применение температуры стенки, иногда температуры перегрева жидкости. Изучите применение ряда новых чисел подобия – Ia, Kz, Kq, а также особенность построения известных – Nu*, Re*, Re, содержащих специфические величины: l* - определяющий размер; ω* - приведенную скорость парообразования; ω – скорость циркуляции.

Вопросы для самопроверки.

12.1. Верно ли, что увеличение критического радиуса парового пузырька способствует увеличению коэффициента теплоотдачи? (Да, нет).

12.2. Верно ли, что удельная поверхностная работа и поверхностное натяжение имеют одинаковые единицы? (Да, нет).

12.3. Верно ли, что увеличение краевого угла Θ свидетельствует об ухудшении смачиваемости? (Да, нет).

12.4. Может ли локальное ухудшение смачиваемости повлечь интенсификацию образования паровых пузырьков? (Да, нет).

12.5. Одинаковы ли режимы перехода от пузырькового к пленочному режиму кипения в случаях регулируемой температуры стенки и регулируемой плотности теплового потока? (Да, нет).

12.6. Можно ли приведенную скорость парообразования выразить в метрах в секунду (м/с)? (Да, нет).

12.7. Верно ли, что температура кипящей жидкости выше, чем температура в пузырьке пара? (Да, нет).

12.8. Одинаковы ли единицы массового и объемного расходных паросодержаний? (Да, нет).

12.9. Увеличивается ли первая критическая плотность теплового потока вслед за повышением давления кипящей жидкости? (Да, нет).

12.10. Можно ли формулы вида применять для расчета теплоотдачи при пленочном режиме кипения? (Да, нет).

12.11. Можно ли формулы вида q^0,7p^0,15 применять для расчета теплоотдачи при пузырьковом режиме кипения воды, при давлениях 4 МПа и ниже? (Да, нет).

12.12. Увеличивается ли коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении воды по мере роста давления (если давление не превысит 4 МПа)? (Да, нет).