ТЕПЛООБМЕН ПРИ КИПЕНИИ

Кипением называется процесс образования пара внутри объ­ема жидкости на поверхности нагрева; в зависимости от темпе­ратурного напора Dt = t_C - t_Н,где t_C - температура стенки, t_Н - температура насыщения, могут наблюдаться три различных режима кипения: пузырьковый, переходный и пленочный.

При пузырьковом кипении воды в большом объеме коэффици­ент теплоотдачи может быть рассчитан по формуле [1]

где Р_Н - давление, бар; q - плотность теплового потока, Вт/м². Формула применима в диапазоне от 1 до 200 бар.

Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в

большом объеме при известной плотности теплового потока выполняется по критериальным уравнениям [2,3]:

при Rе > 0.01 ( 3.1 )

при Rе < 0.01 , ( 3.2 )

где

Теплофизические свойства l, r, n, c_P, r^/, d для жидкости и r^// для пара определяются при температуре насыщения t_Н.

Если задан температурный напор Dt,то a рассчитывается по уравнениям [2]:

при

, ( 3.3 )

при

, ( 3.4 )

Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на горизонталь­ных трубах в большом объеме следует выполнять по формуле [1;2]:

где - эффективная теплота фазового перехода, учитывающая перегрев пара в пленке; d - диаметр трубы.

Физические свойства в этой формуле (за исключением плот­ности r^/) относятся к паровой фазе. Их следует выбирать по средней температуре пара: .

Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на поверхности вертикальных труб может выполняться по формуле [1;2]

Физические свойства в этой формуле следует выбирать так же при средней температуре пара.

При вынужденном движении кипящей жидкости в трубах коэф­фициент теплоотдачи может быть подсчитан по формулам [2]:

при ; при ;

при ,

где a - коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении ки­пящей жидкости в трубах; a_К - коэффициент теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении в большом объеме, определяемый по формулам (3.1), (3.2) или (3.3), (3.4); a_W - коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме движения однофазной жид­кости в трубах, определяемый формулой (2.3).

Задача 3.1

На наружной поверхности трубы кипит вода под давлением р. Плотность теплового потока на поверхности трубы q. Опре­делить температуру поверхности трубы: а) если поверхность чистая; б) если поверхность покрыта слоем накипи толщиной d. Определить также термическое сопротивление накипи. Принять, что за счет шероховатости накипи коэффициент теплоотдачи на ее поверхности возрастает в 2 раза по сравнению с кипением на чистой поверхности.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.1

Таблица 3.1

Задача 3.2

Определить коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока, отводимого конвективным путем от поверхности трубы диаметром d в пленочном режиме кипения воды, находящейся под давлением р, если температура поверхности трубы t_C. Распо­ложение труб в пространстве может быть горизонтальным или вертикальным.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.2

Таблица 3.2

Задача 3.3

В трубе внутренним диаметром d движется кипящая вода со скоростью w . Вода находится под давлением р. Определить тепловую нагрузку q и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, если температура внутренней поверхности трубы t_С.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.3

Таблица 3.3