Jenis perpindahan panas ini ditandai dengan intensitas tinggi dan terjadi di teknologi kimia, misalnya, ketika melakukan proses seperti penguapan, penyulingan cairan, di evaporator unit pendingin, dll. Proses perpindahan panas selama perebusan sangat kompleks dan belum cukup dipelajari, meskipun jumlah yang banyak dilakukan penelitian.

Untuk terjadinya pendidihan, pertama-tama perlu bahwa suhu cairan berada di atas suhu jenuh, dan keberadaan pusat penguapan juga diperlukan. Bedakan antara mendidih di permukaan pemanas dan mendidih di sebagian besar cairan. Jenis perebusan pertama adalah karena pasokan panas ke cairan dari permukaan yang bersentuhan dengannya. Mendidih dalam volume cairan adalah karena adanya sumber internal panas atau panas berlebih yang signifikan dari cairan, yang terjadi, misalnya, dengan penurunan tekanan yang tiba-tiba (di bawah keseimbangan). Jenis perebusan yang paling penting dalam teknologi kimia adalah perebusan permukaan.

Untuk mentransfer panas dari dinding ke cairan mendidih, dinding harus terlalu panas relatif terhadap suhu saturasi cairan ini. pada gambar. 11-9 menunjukkan ketergantungan khas dari koefisien perpindahan panas dan beban panas spesifik pada suhu5

tekanan pada saat cairan mendidih t= tst -tboil (tst, tboil - berturut-turut, suhu dinding dari sisi cairan mendidih dan suhu didih). Di daerah AB, cairan overheating kecil (Δt< 5 К), мало также число активных центров парообразования - микровпадин на поверхности стенки, в которых образуются зародыши паровых пузырьков, и интенсивность теплообмена определяется в основном закономерностями теплоотдачи свободной конвекции около нагретой стенки,При дальнейшем повыше­нии Δt =tст -t увеличивается число активных центров парообра­зования, и коэффициент теплоотдачи резко возрастает (отрезок ВС на рис). Эту область называют пузырчатым, или ядерным, кипением.

Intensitas perpindahan panas yang tinggi dalam mode bubbly didih dijelaskan oleh fakta bahwa turbulensi lapisan batas y, permukaan dinding sebanding dengan jumlah dan volume gelembung uap yang terbentuk dalam rongga mikro pada permukaan pemanas. Di daerah yang dekat dengan pusat penguapan), bagian dari cairan menguap, membentuk gelembung uap, yang, naik dan meningkat volumenya, membawa massa cairan yang signifikan. Cairan yang terperangkap dan menguap digantikan oleh aliran segar, sehingga menciptakan sirkulasi intensif cairan di dekat permukaan pemanas, yang mengarah pada percepatan yang signifikan dari proses perpindahan panas. Pada titik C, koefisien perpindahan panas mencapai nilai maksimum sesuai dengan beban panas spesifik maksimum (titik O). Dengan peningkatan lebih lanjut dalam t, penurunan tajam dalam koefisien perpindahan panas diamati. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa pada beberapa - kritis - nilai t = t cr terjadi koalesensi (penggabungan) gelembung-gelembung yang terbentuk saling berdekatan. Dalam hal ini, nilai l pada Gambar. menjadi lebih kecil dari diameter gelembung uap, dan lapisan uap muncul di dekat permukaan dinding, yang menciptakan ketahanan termal tambahan pada proses perpindahan panas. Koefisien perpindahan panas menurun tajam (puluhan kali lipat). Tentu saja, lapisan uap yang dihasilkan tidak stabil, terus-menerus dihancurkan dan muncul kembali, tetapi pada akhirnya ini sangat mengganggu perpindahan panas. Mode mendidih ini disebut film. Sangat jelas bahwa rezim pendidihan film sangat tidak diinginkan.

Nilai perbedaan suhu, koefisien perpindahan panas dan beban panas spesifik yang sesuai dengan transisi dari mode gelembung ke mode film disebut kritis.

Gelembung uap terbentuk di rongga mikro permukaan pemanas. Setelah mencapai diameter tertentu, gelembung pecah dari permukaan. Pada permukaan yang dibasahi dengan baik, gelembung terlepas dari permukaan pemanas, berbentuk bola. Naik, gelembung bertambah volumenya karena penguapan cairan di dalam gelembung, meratakan dan berbentuk jamur dengan lintasan pendakian yang kompleks. Dalam hal ini, penghancuran terus menerus dan penggabungan gelembung terjadi. Momen pemisahan gelembung sesuai dengan keadaan persamaan gaya Archimedean yang bekerja pada gelembung dan gaya tegangan permukaan cairan yang menahan gelembung di dinding. Jika kita berasumsi bahwa gelembung, ketika terbentuk di permukaan dinding, memiliki bentuk yang mendekati bola, maka pada saat pemisahan, nilai do dinyatakan oleh ketergantungan

di mana pzh dan pp masing-masing adalah densitas cairan dan uap; tegangan permukaan cairan pada antarmuka; -sudut kontak

Jadi, perpindahan panas selama bubbly mendidih terdiri dari transfer panas dari dinding ke cairan, dan kemudian panas ditransfer oleh cairan. Permukaan dalam gelembung dalam bentuk panas penguapan. Perpindahan panas dari dinding langsung ke gelembung dapat diabaikan, karena permukaan kontak gelembung dengan dinding sangat kecil, dan konduktivitas termal uap juga rendah. Agar panas dari cairan dapat dipindahkan ke gelembung uap, cairan harus memiliki suhu yang agak lebih tinggi dari suhu uap. Oleh karena itu, ketika mendidih, cairan agak super panas relatif terhadap suhu uap jenuh di atas permukaan cairan mendidih.

Laju perpindahan panas selama perebusan tergantung pada banyak berbagai faktor(sifat fisik cairan, tekanan, perbedaan suhu, sifat bahan permukaan pemanas, dan banyak lainnya), sangat sulit untuk memperhitungkan pengaruhnya pada proses dan menguranginya menjadi ketergantungan tunggal. kompleks dari banyak kuantitas yang mempengaruhi intensitas perpindahan panas selama perebusan

10. Perpindahan panas radiasi. perpindahan panas yang kompleks. Dapat dibawa melalui media apa pun karena transfer energi gelombang magnet bagian inframerah dari jangkauan. Perpindahan panas radiasi dilakukan selama perpindahan materi melalui lingkungan gas, yang ada di antara zona gas yang lebih banyak dan lebih sedikit dipanaskan. Dalam antrian pertama mereka memimpin di antara badan-badan TV.

Ini adalah persamaan untuk faktor cakupan=1. Jika permukaan pemancar benar-benar mengelilingi yang diserap,

Ketika panas ditransfer melalui media radiasi gas, intensitas transfer ini disebut sebagai sedang. T-x dilakukan hanya dalam kondisi konveksi alami, yaitu. bersama dengan perpindahan panas radiasi ada perpindahan panas konveksi. Intensitas total perpindahan panas. Perpindahan panas bersama karena perpindahan panas radiasi dan konveksi disebut perpindahan panas kompleks.

Akhir pekerjaan -

Topik ini milik:

Proses dan perangkat termal. Jenis perpindahan panas dan pertukaran panas pr. Perpindahan panas dari satu benda ke benda lain

Perpindahan panas disebabkan oleh x fenomena konduktivitas termal konveksi dan radiasi; konduktivitas termal; perpindahan panas karena dua mikropartikel dalam gas. Perpindahan panas dapat disertai dengan pendinginan atau pemanasan.

Jika Anda membutuhkan material tambahan pada topik ini, atau Anda tidak menemukan apa yang Anda cari, kami sarankan untuk menggunakan pencarian di database karya kami:

Apa yang akan kami lakukan dengan materi yang diterima:

Jika materi ini ternyata bermanfaat bagi Anda, Anda dapat menyimpannya ke halaman Anda di jejaring sosial:

menciak

Semua topik di bagian ini:

Perpindahan panas melalui dinding satu lapis dan multi lapis
Untuk dinding satu lapis datar, kondisinya diterima, maka ketebalannya berkali-kali lebih kecil dari lebar, panjang, tinggi. Dalam hal ini, selama perpindahan panas stasioner, medannya adalah internal. Dinding dapat diambil satu dimensi,

Perpindahan panas secara konveksi. Persamaan Fourier-Kirkhoff
Perpindahan panas konvektif terjadi pada media fluida: gas, cairan, karena pergerakan partikel makro yang memiliki potensi termodinamika yang berbeda. Dengan peningkatan kecepatan

Kriteria kesamaan termal. Bentuk umum persamaan kriteria
Nu= - Kriteria Nusselt, menyatakan rasio intensitas total perpindahan panas selama perpindahan panas konveksi terhadap intensitas perpindahan panas oleh konduktivitas termal di lapisan batas pendingin ini.

Bentuk umum persamaan kriteria
Nu=f(Pe,Pr,Re,Fo,Gr,…G1,G2..) A,n,m,s,p diberikan contoh koefisien. def. Metode seleksi dalam pengolahan pengalaman. data. -koefisien Perpindahan panas 7. Pembuangan panas, tidak disertai dengan

Perpindahan panas selama kondensasi uap
Jenis perpindahan panas ini berlangsung dengan perubahan keadaan agregasi pendingin. Keunikan proses ini terutama terletak pada kenyataan bahwa panas disuplai atau dihilangkan pada suhu konstan.

Persamaan perpindahan panas dasar. Aturan aditif untuk resistansi termal
Dengan kontak langsung dari pendingin, perpindahan panas termasuk perpindahan panas dalam satu pendingin dan perpindahan panas di pendingin kedua.Intensitas keseluruhan proses dicirikan

Agen pemanas dan metode penggunaannya
Gas buang telah lama digunakan sebagai bahan pemanas. Kepala teknologi pembakaran gas buang. Dari sifat bahan bakar yang dibakar. Asam biasanya digunakan sebagai oksidator.

Pendingin dan metode penggunaannya
Pendinginan ke suhu biasa (hingga sekitar 10-30 ) paling banyak tersedia dan agen pendingin murah - udara dan air. Dibandingkan dengan udara, air adalah

Perhitungan verifikasi penukar panas
Perhitungan verifikasi penukar panas dengan permukaan perpindahan panas yang diketahui terdiri, sebagai aturan, dalam menentukan jumlah panas yang ditransfer dan suhu akhir pembawa panas pada titik tertentu.

Penentuan koefisien perpindahan panas m-house dari pendekatan berturut-turut dalam perhitungan penukar panas
Penentuan koefisien perpindahan panas dilakukan dalam perhitungan verifikasi, yang dilakukan untuk menentukan kesesuaian alat penukar panas. 1-sesuai dengan penukar panas yang dipilih, tentukan yang sebenarnya

Pencampuran penukar panas
PADA industri kimia biasanya tidak perlu memperoleh kondensat uap murni untuk penggunaan selanjutnya. Oleh karena itu, kapasitor pencampur tersebar luas, lebih sederhana dalam pemasangan.

Penguapan
Penguapan adalah konsentrasi larutan zat yang praktis tidak mudah menguap atau mudah menguap dalam pelarut cair yang mudah menguap. Solusi mengalami penguapan padatan(balapan air

Keseimbangan bahan penguapan
Gn kg/s larutan awal dengan konsentrasi xn berat disuplai untuk penguapan. % dan menghilangkan Gk kg/dtk larutan yang dikupas dengan konsentrasi xk

Titik didih larutan dan kehilangan suhu
Biasanya, dalam evaporator bejana tunggal, tekanan pemanasan primer dan uap sekunder diketahui, dan, akibatnya, suhunya juga ditentukan. Perbedaan antara suhu pemanasan dan sekunder

Kekuatan pendorong proses
Perbedaan suhu total dari instalasi satu kali melalui multi-kaset adalah perbedaan antara suhu uap primer yang memanaskan selubung pertama dan suhu uap sekunder yang masuk dan

Keseimbangan termal
D = aliran uap panas; I , Ig, Iн, Ik - entalpi uap sekunder dan uap pemanas, masing-masing larutan awal dan satu; Ip.k \u003d s

Konsumsi uap untuk penguapan. jumlah cangkang evaporator yang optimal
Q=D(tD“-tD‘)=Drp(1-α), di mana D adalah laju aliran uap pemanas; -kandungan uap air. Q \u003d GnCn (tcon-tn) + W (tw‘-Cvtcon) + Qloss ± Qkonsentrasi, di mana Cw adalah kapasitas panas air. Ekonomi Evaporator

Prosedur untuk menghitung evaporator
1-tugas harus berisi: adj. larutan, komposisi solusi awal, kuantitasnya (konsumsi larutan asal, konsentrasi larutan in-va (komposisi)). Berdasarkan data tersebut, dimungkinkan untuk membuat perhitungan material bola

Prosedur perhitungan untuk evaporator multi-kapal
Perhitungan teknologi evaporator vakum multi-kapal dilakukan dalam urutan berikut. 1. Menghitung menurut persamaan total W dari air yang diuapkan di pabrik,

Mesin film tubular vertikal
Mereka termasuk dalam kelompok perangkat yang beroperasi tanpa sirkulasi; proses penguapan dilakukan dalam satu aliran cairan di sepanjang pipa boiler, dan larutan bergerak di dalamnya dalam bentuk naik atau turun

Evaporator arus berlawanan
40. Proses dan peralatan perpindahan massa. Dalam teknologi kimia tersebar luas dan penting

Metode desorpsi
Desorpsi, atau pengupasan, yaitu pelepasan gas terlarut dari larutan, dilakukan dengan salah satu cara berikut: 1) dalam aliran gas inert, 2) dengan menguapkan larutan, 3) dalam ruang hampa. Dll

Konsumsi penyerap minimum dan optimal
Perubahan konsentrasi pada alat absorpsi terjadi dalam suatu garis lurus, oleh karena itu pada koordinat Y - X, garis kerja proses absorpsi adalah garis lurus dengan sudut kemiringan yang garis singgungnya

tingkat penyerapan. Intensifikasi proses selama penyerapan gas yang sulit dan sangat larut
M = Ky·F·∆Yavg = Kx·F·Xavg penggerak mengarah pada peningkatan kecepatan seluruh proses, peningkatan pembubaran dan

Peredam yang dikemas
Tersebar luas di industri dalam kualitas peredam diterima dikemas, diisi dengan nozzle - benda padat berbagai bentuk. Di kolom yang dikemas (Gbr.), pengepakan ditempatkan pada penyangga

simbal gagal
Dalam nampan tanpa downcomer, gas dan cairan melewati bukaan atau slot yang sama. Dalam hal ini, bersama dengan interaksi fase pada pelat, cairan mengalir ke pelat di bawahnya.

Baki gelembung dengan perangkat pembuangan (ayakan, tutup, katup)
Piring saringan. Gas melewati lubang pelat dan didistribusikan dalam cairan dalam bentuk aliran kecil dan gelembung. Pada kecepatan gas rendah, cairan dapat merembes melalui bukaan wadah.

pelat jet
Kunci 1-hidraulik; partisi 2-overflow; 3-pelat; 4-pelat; kantong 5-penguras. Dari baki jet, baki pelat adalah yang paling umum. Cairan

persyaratan penyerap. Pilihan Penyerap
Gas yang diserap disebut absorbat (penyerap), dan cairan tempat gas larut disebut absorben. Gas yang praktis tidak larut disebut gas inert. Persyaratan: 1.Pilih

Tata cara penghitungan kolom distilasi (pemasangan)
Diketahui: laju aliran campuran cairan, komposisinya (proporsi zat dalam destilat, dalam residu destilasi. Tekanan uap panas, suhu awal campuran. 1) Keseimbangan bahan. Definisikan: berhubungan

agen pengering. Pilihan bahan pengering dan mode pengeringan
Sebagai zat pengering, udara panas, gas buang dan campurannya dengan udara, gas inert, uap super panas dapat digunakan. Jika kontak tidak diperbolehkan, keringkan

pengering drum
Pengering drum adalah drum miring 4 silinder dengan dua pita Z, yang, ketika drum berputar, berguling di sepanjang rol penopang 6. Bahannya berasal dari ujung batang yang terangkat

pengering kamar
Dalam perangkat seperti itu, pengeringan material dilakukan secara berkala pada tekanan atmosfer. Pengering memiliki satu atau lebih ruang persegi panjang di mana bahan di troli atau rak

Pengering sabuk
Pengering sabuk. Satu atau lebih ban berjalan sering digunakan untuk pergerakan terus menerus dari bahan yang akan dikeringkan dalam pengering. Pada mesin pita tunggal,

Pengering semprot
Untuk mengeringkan banyak bahan cair, pengering yang beroperasi berdasarkan prinsip penyemprotan bahan digunakan. Pengering semprot mengering begitu cepat sehingga bahan tidak sempat memanas.

Prosedur Perhitungan Pengering
1. Tugas: karakteristik bahan, komposisinya, kelembaban awal, cara pengeringan, kelembaban akhir, produktivitas (konsumsi bahan baku), tempat pengeringan. 2. Pilihan alam (jenis) lahan

Desain penyerap tindakan periodik dan berkelanjutan
Proses adsorpsi dapat dilakukan secara berkala (dalam peralatan dengan unggun adsorben tetap) dan terus menerus - dalam peralatan dengan unggun adsorben yang bergerak atau terfluidasi, serta dalam peralatan dengan adsorben tetap.

Selama perebusan, seperti dalam semua proses perpindahan panas lainnya, persamaan perpindahan panas (hukum Newton) digunakan, yang menetapkan hubungan antara perbedaan suhu "dinding - cair" dan fluks panas melalui permukaan pertukaran panas:

di mana Q - fluks panas, W; q=Q/F - kepadatan permukaan aliran panas, W/m2; F - permukaan pertukaran panas (dinding), m2; adalah koefisien perpindahan panas rata-rata di atas permukaan F, W/(m2K); - suhu permukaan pertukaran panas (dinding), 0С; - suhu saturasi cairan pada tekanan tertentu, 0C.

Dalam hal ini, dinding yang terlalu panas bertindak sebagai perbedaan suhu:

di mana T f, max adalah superheat maksimum cairan, 0С.

Jadi, fluks panas sebanding dengan luas F dari permukaan pertukaran panas dan perbedaan suhu antara dinding dan cairan.

Koefisien perpindahan panas

Koefisien perpindahan panas, W / (m2K), adalah koefisien proporsionalitas dalam hukum Newton, yang mencirikan intensitas perpindahan panas. Nilai koefisien perpindahan panas pada saat mendidih tergantung pada jumlah yang besar berbagai faktor:

a) sifat fisik cairan;

b) kemurnian cairan;

c) suhu dan tekanannya;

d) bentuk geometris, dimensi dan orientasi spasial dari permukaan pertukaran panas;

e) bahan dan kekasaran (kebersihan pemrosesan) permukaan;

f) nilai superheat cair, dll.

Oleh karena itu, penentuan koefisien perpindahan panas selama perebusan adalah tugas yang sangat sulit. Ada nilai lokal (pada titik tertentu di permukaan) dan rata-rata koefisien perpindahan panas di atas permukaan perpindahan panas:

yaitu, koefisien perpindahan panas secara numerik sama dengan fluks panas yang ditransmisikan melalui permukaan pertukaran panas satuan pada perbedaan suhu 10C (1 K).

Mode didih (perpindahan panas)

Mekanisme pendidihan dan intensitas perpindahan panas tergantung pada besarnya panas berlebih pada dinding. Ada tiga mode pendidihan utama: gelembung, transisi, dan film.

Dalam praktiknya, yang paling umum adalah mendidihnya cairan pada permukaan pertukaran panas padat yang melaluinya energi panas disuplai.

Proses perebusan adalah kasus khusus perpindahan panas konveksi, di mana ada perpindahan tambahan massa materi dan panas oleh gelembung uap dari permukaan pemanas ke volume cairan.

mode gelembung

Jari-jari permukaan antarmuka inti gelembung sebanding dengan ukuran kekasaran mikro yang membentuknya di permukaan dinding. Oleh karena itu, pada awal mode gelembung mendidih, dengan cairan yang sedikit terlalu panas, hanya pusat-pusat utama penguapan, karena inti-gelembung dari pusat-pusat kecil memiliki radius kurang dari yang kritis.

Ketika pemanasan berlebih cairan meningkat, pusat penguapan yang lebih kecil diaktifkan, sehingga jumlah gelembung yang terbentuk dan frekuensi pemisahannya meningkat.

Akibatnya, intensitas perpindahan panas meningkat sangat cepat (Gbr. 3, wilayah 2). Koefisien perpindahan panas mencapai puluhan bahkan ratusan ribu W / (m2K) (at tekanan tinggi).

Hal ini disebabkan oleh panas spesifik yang tinggi transisi fase dan pencampuran intensif cairan dengan menumbuhkan dan melepaskan gelembung uap. Mode gelembung mendidih memberikan perpindahan panas yang paling efisien. Mode ini digunakan dalam generator uap termal dan pembangkit listrik tenaga nuklir, saat mendinginkan mesin, elemen struktural energi, metalurgi, unit kimia yang beroperasi pada suhu tinggi. Perpindahan panas dalam mode gelembung sebanding dengan jumlah pusat aktif penguapan dan frekuensi pelepasan gelembung, yang, pada gilirannya, sebanding dengan superheat maksimum 8 cair dan tekanan. kekuatan ini koefisien rata-rata perpindahan panas dapat dihitung dengan rumus bentuk:

di mana C1, z, n adalah konstanta empiris; ?Dua - dinding terlalu panas, 0C; . - tekanan saturasi (tekanan fluida eksternal), bar.

Rumus ini digunakan dalam perhitungan pendidihan nukleat di bawah kondisi batas jenis pertama.

Beras. 3. Kurva perpindahan panas selama perebusan: 1 - daerah konvektif tanpa perebusan; 2 - area didih nukleat; 3- daerah transisi; 4 - area film mendidih; 5 - bagian film yang mendidih dengan proporsi perpindahan panas yang signifikan melalui radiasi; kr1, kr2 ​​masing-masing adalah titik dari krisis mendidih pertama dan kedua.

Krisis mendidih pertama. mode transisi

Dengan peningkatan lebih lanjut dalam panas berlebih (?Tw), intensitas perpindahan panas, mencapai maksimum pada titik penting"cr1" mulai berkurang (lihat Gbr. 3 area 3) karena penggabungan jumlah gelembung yang terus meningkat menjadi titik uap. Area titik uap meningkat dengan meningkatnya Tw dan akhirnya menutupi seluruh dinding, berubah menjadi lapisan uap kontinu yang menghantarkan panas dengan buruk.

Dengan demikian, terjadi transisi bertahap dari gelembung ke pendidihan film, disertai dengan penurunan intensitas perpindahan panas. Awal dari transisi semacam itu disebut krisis mendidih pertama. Krisis dipahami sebagai perubahan mendasar dalam mekanisme perebusan dan perpindahan panas.

Krisis mendidih kedua. Modus film

Dengan peningkatan lebih lanjut dalam panas berlebih (ΔTw), intensitas perpindahan panas, setelah mencapai minimum pada titik kritis kedua "cr2", sekali lagi mulai meningkat di wilayah rezim pendidihan film (lihat Gambar. 3, wilayah 4 dan 5 ). Perubahan sifat efek panas berlebih pada perpindahan panas disebut krisis mendidih kedua.

Dalam mode pendidihan film, film uap kontinu mendorong cairan menjauh dari permukaan dan kondisi perpindahan panas distabilkan, sementara koefisien perpindahan panas berhenti menurun, tetap praktis konstan. Aliran panas, menurut hukum Newton (3), akan mulai meningkat lagi karena peningkatan perbedaan suhu?Tw. Intensitas perpindahan panas dalam mode perebusan film sangat rendah, dan ini menyebabkan panas berlebih pada permukaan pertukaran panas.

Mendidih dalam volume besar

Fluks panas yang dipindahkan dari permukaan ke air mendidih dapat dikaitkan dengan perbedaan suhu antara dinding dan cairan:

di mana fluks panas;

suhu dinding;

suhu rata-rata zat cair.

Ketergantungan ini mencirikan perpindahan panas dari permukaan pemanas ke cairan dan disebut kurva didih (Gambar 4).

Beras. empat.

Lima area karakteristik dapat dibedakan:

1. To the point. daerah konveksi;

2. Antara titik dan. Daerah didih nukleat yang belum berkembang. Ini ditandai dengan peningkatan intensitas perpindahan panas karena perpindahan gelembung yang dihasilkan ke inti aliran;

3. Antara titik dan. Area didih nukleat yang dikembangkan. Hal ini ditandai dengan intensitas perpindahan panas yang tinggi karena perpindahan gelembung yang dihasilkan ke inti aliran. Intensitas meningkat seiring dengan meningkatnya kepadatan gelembung;

4. Antara titik dan. Daerah perebusan film yang tidak stabil. Hal ini ditandai dengan "penggabungan" gelembung individu di wilayah dekat-dinding. Karena penurunan pusat penguapan, serta pertumbuhan film uap di permukaan pemanas, perpindahan panas berkurang;

5. Dari titik. Daerah pendidihan film stabil. Ini ditandai dengan menutupi permukaan pemanas dengan film uap kontinu dan, sebagai akibatnya, perpindahan panas yang rendah.

Kurva ini dapat diperoleh dengan meningkatkan dan mempertahankan suhu dinding pemanas. Dalam hal ini, saat kenaikan meningkat, lima daerah didih secara berurutan diganti.

Dalam hal meningkatkan dan mempertahankan fluks panas, urutan perubahan rezim didih akan berbeda. Pertama, mode konveksi dari cairan yang tidak mendidih (sampai t), didih permukaan (antara titik i) dan titik didih nukleat yang dikembangkan (antara titik i) berturut-turut saling menggantikan. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam fluks panas, permukaan pemanas dengan cepat ditutupi dengan film uap (dari titik ke titik), yang disertai dengan peningkatan suhu dan melalui waktu yang singkat, setelah mencapai keadaan tunak, perebusan ditandai dengan suhu dinding yang tinggi (dari titik). Fenomena ini disebut krisis perpindahan panas, dan aliran panas di mana peningkatan tajam suhu dimulai (-) disebut aliran panas kritis pertama, atau, lebih sering, secara sederhana, aliran panas kritis.

Jika, setelah mencapai titik, fluks panas mulai berkurang, maka rezim pendidihan film dipertahankan sampai titik tercapai. Dalam kasus penurunan lebih lanjut dalam fluks panas, mode pendidihan film berubah menjadi mode gelembung (dari titik ke titik), dan suhu permukaan pemanas menurun dengan cepat. Fluks panas di mana mode didih film berubah menjadi gelembung (-) disebut fluks panas kritis kedua.

Perpindahan panas selama perebusan cair banyak digunakan dalam rekayasa tenaga kapal - ini adalah produksi uap di boiler utama dan tambahan, reaktor nuklir, evaporator air laut, di evaporator dan pendingin udara unit pendingin.

Perbedaan dibuat antara mendidih pada permukaan pertukaran panas padat, yang dilalui fluks panas, dan mendidih dalam volume, ketika fluks panas diinduksi langsung ke volume cairan.

Dalam praktiknya, jenis perebusan cairan yang bersentuhan dengan permukaan pertukaran panas jauh lebih umum.

Mendidih adalah proses pembentukan uap intensif di bawah kondisi pasokan panas yang konstan. Mendidih terjadi ketika cairan sedikit panas, ketika suhu cairan di atas suhu jenuh pada tekanan tertentu. Jumlah panas super yang dibutuhkan tergantung pada sifat fisik cairan, kemurniannya, tekanannya, dan juga pada keadaan permukaan tempat panas mengalir ke dalam cairan. Semakin murni cairan, semakin perlu dipanaskan sebelum mendidih. Hal ini dijelaskan oleh sulitnya pembentukan spontan gelembung uap nukleasi awal karena kebutuhan untuk mengatasi energi saling tarik-menarik molekul dalam cairan.

Jika ada gas terlarut (misalnya, udara) atau partikel kecil tersuspensi dalam cairan, proses perebusan dimulai segera setelah cairan mencapai suhu jenuhnya. Gelembung gas, serta partikel padat dalam cairan, berfungsi sebagai inti awal fase uap yang sudah jadi.

Nilai dari panas berlebih yang diperlukan juga berkurang jika permukaan pertukaran panas (dinding dan dasar bejana, dinding pipa), melalui mana aliran panas memasuki cairan, memiliki kekasaran mikro. Ketika fluks panas disuplai melalui permukaan seperti itu, pembentukan gelembung diamati pada titik-titik individual permukaan. Titik-titik ini disebut VAPOR CENTERS. Dalam hal ini, proses perebusan dimulai pada lapisan cairan yang bersentuhan dengan permukaan pertukaran panas dan memiliki suhu yang sama dengannya. Pembentukan gelembung uap terjadi di lapisan batas superheated cairan dan hanya di pusat penguapan. Gelembung uap tumbuh, lepas dari permukaan dan mengapung.

Tetapi tidak semua gelembung mampu tumbuh lebih lanjut, tetapi hanya gelembung yang radiusnya melebihi nilai jari-jari kritis inti uap Rmin. Nilai Rmin tergantung pada suhu permukaan dan menurun tajam dengan meningkatnya suhu dinding. Oleh karena itu, peningkatan beban panas, yang menyebabkan peningkatan suhu permukaan, menyebabkan peningkatan jumlah pusat penguapan aktif, dan proses perebusan menjadi lebih intens.

Semua panas yang memasuki cairan dihabiskan untuk pembentukan uap:

di mana r adalah panas penguapan, J/kg.

G"" - jumlah uap yang terbentuk selama perebusan, kg / s.

Sifat pengembangan dan pelepasan gelembung dari permukaan pertukaran panas sangat tergantung pada apakah cairan membasahi permukaan atau tidak. Jika cairan mendidih membasahi permukaan pemanas, maka gelembung uap memiliki kaki yang tipis dan mudah lepas dari permukaan. Jika cairan tidak membasahi permukaan, maka gelembung uap memiliki batang yang lebar dan hanya bagian atas gelembung yang terlepas.

Beras. 14.1. Bentuk gelembung uap pada bahan yang dibasahi (a)
dan permukaan yang tidak dibasahi (b)

Pertumbuhan gelembung sebelum pemisahan dan pergerakannya setelah pemisahan menyebabkan sirkulasi intensif dan pencampuran cairan di lapisan batas, yang secara tajam meningkatkan perpindahan panas dari permukaan pemanas ke cairan. Cara mendidih ini disebut bubbly. Dalam perebusan nukleat, area kontak kaki gelembung dengan permukaan pertukaran panas kecil dan oleh karena itu fluks panas ditransfer ke cairan hampir tanpa batasan dan dihabiskan untuk penguapan dan sedikit peningkatan suhu dalam volume. cair (misalnya, untuk air pada tekanan atmosfer, panas berlebih dalam volume biasanya 0,2 ... 0 .4 °C). Untuk latihan, perebusan nukleat adalah yang paling menarik.

Penghilangan panas dalam mode buih gelembung adalah salah satu metode paling canggih untuk mendinginkan permukaan pemanas. Dia menemukan aplikasi luas di reaktor nuklir, saat mendinginkan mesin jet, saat permukaan pertukaran panas bekerja dengan kepadatan tinggi aliran panas.

Dalam mode buih gelembung, uap diproduksi di pembangkit uap dan boiler utama dan tambahan dioperasikan.

Intensitas pendidihan nukleat bergantung pada nilai beban panas spesifik q, W/m 2 yang disuplai ke permukaan pertukaran panas. Namun, fluks panas tidak dapat ditingkatkan tanpa batas. Dengan peningkatan fluks panas, jumlah pusat aktif penguapan terus meningkat, dan ada begitu banyak sehingga gelembung individu dapat bergabung menjadi lapisan uap, yang secara berkala pecah, dan uap yang dihasilkan pecah menjadi volume didih. cairan. Cara perebusan ini disebut perebusan film. Munculnya film alih-alih gelembung individu disebut krisis mendidih pertama. Untuk air pada tekanan atmosfer, krisis mendidih terjadi pada kerapatan fluks panas q = 1,2 10 6 W / m 2, fluks panas ini sesuai dengan nilai kritis perbedaan suhu Dtcr = 25 ... 35 ° C.

Alasan krisis mendidih adalah sebagai berikut. Penggabungan gelembung yang tidak sempat melepaskan diri dari permukaan pertukaran panas, pembentukan film uap mengubah kondisi pertukaran panas antara cairan dan dinding. Dinding, tempat aliran panas disuplai, berhenti dicuci oleh cairan, karena dipisahkan dari cairan oleh film uap, dan oleh karena itu aliran panas yang memasuki dinding, hanya sebagian kecil yang ditransfer ke dinding. uap karena konduktivitas termal yang rendah dari uap, sisa aliran panas dihabiskan untuk memanaskan dinding. Suhu dinding naik ratusan derajat dalam sepersekian detik. Dan jika dinding terbuat dari bahan tahan api, krisis berakhir dengan yang baru stabil- film mendidih di sangat suhu tinggi permukaan pertukaran panas, dan, karenanya, pada nilai baru yang sangat tinggi dari perbedaan suhu Dt antara dinding suhu dan suhu saturasi, yang tetap konstan, karena nilainya hanya bergantung pada nilai tekanan. Mode gelembung mendidih (Gbr. 14.2, sebuah) dan film (Gbr. 14.2, b) ditunjukkan pada Gambar. 14.2.

Beras. 14.2. Mode mendidih: a - gelembung, b - transisi, c - film

Gambar tersebut juga menangkap (lihat Gambar 14.2, b) adalah momen transisi dari gelembung ke film yang mendidih. Dalam mode perebusan film, perpindahan panas dari permukaan pemanas ke cairan dilakukan oleh konduksi termal dan perpindahan panas konvektif dalam film uap, serta radiasi melalui film uap. Ketika suhu permukaan pemanas meningkat (dan, karenanya, Dt meningkat), semua kebanyakan panas dipindahkan ke cairan melalui radiasi. Intensitas perpindahan panas dalam rezim pendidihan film rendah. Uap yang terakumulasi dalam film uap secara berkala pecah dalam bentuk gelembung besar dalam denyut.

Grafik 14.3 menunjukkan rezim gelembung dan film mendidih. Dapat dilihat dari grafik bahwa tidak ada transisi yang mulus dari satu mode ke mode lainnya. Jika kita meningkatkan kerapatan fluks panas, ini mengarah pada peningkatan intensitas perpindahan panas, tetapi pada saat yang sama, suhu permukaan (dan, karenanya, Dt) juga sedikit meningkat. Meningkatkan beban panas lebih batas yang diijinkan menyebabkan krisis mendidih. Transisi krisis ini pada Gambar. 14.3 ditunjukkan oleh panah dan terjadi sebagai lompatan dari kurva didih nukleat ke garis didih film pada nilai beban panas qcr1 yang sama. Biasanya, krisis perebusan berakhir dengan pelurusan (pembakaran) permukaan pemanas.

Beras. 14.3. Ketergantungan beban termal kritis pada t

Namun, jika permukaan tidak dihancurkan, dan mode didih film ditetapkan, maka penurunan kerapatan fluks panas tidak akan memberikan hasil cepat, dan mode film akan disimpan. Dengan penurunan fluks panas, proses akan terjadi di sepanjang garis pendidihan film. Dan hanya jika kita mengurangi beban ke nilai qcr2, akan ada prasyarat untuk mengubah rezim. Perubahan rezim ini juga bersifat krisis dan disebut sebagai krisis mendidih kedua. Ketika beban panas dikurangi menjadi nilai qcr2, cairan di beberapa titik mulai menyentuh permukaan pertukaran panas, yang meningkatkan pelepasan panas dari permukaan, yang mengarah pada pendinginan cepat dari permukaan pemanas. Ada perubahan rezim dan perebusan nukleat terjadi. Transisi terbalik ini juga dilakukan dengan "melompat" sepanjang panah dari kurva seperti film ke garis didih nukleat pada qcr2. Untuk air pada tekanan atmosfer, nilai kepadatan kritis dalam hal ini, fluks panas sama dengan qcr2 = 25000 W / m 2.

Jadi, kedua transisi: dari gelembung ke film dan kembali bersifat krisis. Mereka terjadi pada fluks panas qcr1 dan qcr2, masing-masing. Di bawah kondisi ini, mode transisi mendidih tidak bisa diam, karena transisi terjadi hampir seketika, dalam sepersekian detik.

Dalam praktiknya, perebusan cairan yang bergerak di dalam pipa atau saluran dengan berbagai bentuk banyak digunakan. Karena gerakan cairan dalam volume terbatas, fitur baru muncul. Perkembangan proses dipengaruhi oleh kecepatan gerakan paksa campuran cairan atau uap-air dan struktur aliran dua fase. Sifat pergerakan campuran air dan uap di dalam pipa ditunjukkan pada (Gbr. 14.4)

Beras. 14.4. Sifat pergerakan campuran uap-air di dalam pipa

Tergantung pada kandungan uap, kecepatan campuran dan lokasi pipa di ruang angkasa, sifat gerakan dapat dalam bentuk emulsi homogen (lihat Gambar 14.4a) atau dalam bentuk aliran air yang independen dan uap (lihat Gambar 14.4 b, 14.4d).

Jika pipa ditempatkan secara vertikal, maka aliran uap independen akan bergerak di sepanjang sumbu pipa, di tengah, dan lapisan air akan bergerak di sepanjang pinggiran, di sepanjang dinding pipa. Pada susunan horizontal pipa, uap bergerak di bagian atas pipa, air - di bagian bawah.

Data eksperimental tentang perebusan dirangkum oleh D.A. Labintsov. Dia mengusulkan persamaan kriteria untuk menghitung perpindahan panas selama pendidihan nukleat.

di mana kriteria Nusselt yang mencirikan perpindahan panas selama perebusan pada antarmuka dinding-cair;

Kriteria Reynolds yang mencirikan keadaan gaya inersia dan gaya viskositas selama perebusan;

Ukuran linier karakteristik sebanding dengan diameter pemisahan gelembung, m;

Kecepatan didih, m/s;

Cp adalah kapasitas panas cairan, kJ/(kg K);

r adalah panas penguapan, kJ/kg;

s - tegangan permukaan, N/m;

r", r"" - densitas cairan dan uap pada suhu saturasi tertentu, kg/m 3 ;

Ts- nilai mutlak suhu jenuh, K

Nilai konstanta C dan n diambil sama dengan:

Nilai semua parameter fisik yang termasuk dalam kriteria kesamaan harus diambil pada suhu saturasi tertentu. Karena kerumitan dan kerumitan perhitungan untuk menentukan koefisien perpindahan panas menggunakan persamaan kriteria (14.2), dalam praktiknya, untuk menghitung koefisien perpindahan panas dalam mode didih nukleat, ketergantungan yang diperoleh dengan merebus air oleh M.A. Mikheev:

di mana q adalah kerapatan fluks panas permukaan, W/m 2 ;

p - tekanan uap mutlak, Pa.

Mendidih gelembung dicirikan oleh intensitas perpindahan panas yang tinggi dan, oleh karena itu, kemungkinan menghilangkan fluks panas yang signifikan dari permukaan unit, hanya dibatasi oleh nilai fluks panas kritis qcr1. Nilai qcr1 di bawah konvensi alami pada pipa horizontal dan ubin dapat ditentukan dari rumus:

Dalam mode perebusan film, cairan pendidih dipisahkan dari permukaan pemanas oleh film uap. Oleh karena itu, suhu permukaan tc jauh lebih tinggi daripada suhu saturasi ts. Karena suhu tinggi dari permukaan pertukaran panas, perpindahan panas radiasi terjadi antara itu dan cairan. Intensitas perpindahan panas konvektif selama perebusan film ditentukan oleh tahanan termal dari film uap. Sifat pergerakan uap dalam film dan ketebalannya tergantung pada ukuran dan bentuk permukaan pemanas dan lokasinya di ruang angkasa. Perhitungan perpindahan panas selama film mendidih pada pipa horizontal dapat dilakukan sesuai dengan ketergantungan

Semua parameter fisik dalam rumus ini (dengan pengecualian densitas cairan r") mengacu pada fase yang tepat. Mereka harus dipilih sesuai dengan suhu uap rata-rata

Untuk film yang mendidih pada permukaan pipa vertikal, data eksperimen dirangkum oleh D.A. Labuntsov:

Sifat fisik uap di sini juga harus dipilih sesuai dengan suhu rata-rata uap.

Mendidih adalah proses penguapan yang terjadi pada suhu didih (saturasi) pada kekentalan zat cair. Dalam hal ini, panas transisi fase diserap, akibatnya, untuk mempertahankan proses, perlu untuk memasok panas secara terus menerus, mis. mendidih dikaitkan dengan perpindahan panas. Saat mendidih, fase uap terbentuk dalam bentuk gelembung. Dalam cairan yang tidak mendidih yang dipanaskan, tanpa adanya aliran paksa, panas dipindahkan melalui lapisan batas dengan konveksi bebas dan konduksi panas. Selama perebusan, perpindahan massa materi dan panas dari lapisan batas ke volume cairan juga dilakukan oleh gelembung uap, yang, naik ke atas, menyebabkan pencampuran yang intens dari cairan dan turbulensi lapisan batas.Karena panas biasanya dipasok melalui permukaan pertukaran panas, gelembung juga muncul di permukaan ini. Jika permukaan direndam dalam sejumlah besar cairan, yang gerakan paksanya tidak ada, maka proses seperti itu disebut mendidih dalam volume besar. Dalam rekayasa tenaga termal, proses perebusan paling sering ditemui pada permukaan pemanas (permukaan pipa, dinding boiler, dll).

mode mendidih. Ada dua rezim pendidihan: rezim gelembung, ketika uap terbentuk di permukaan dalam bentuk gelembung-gelembung terpisah yang muncul secara berkala, dan rezim pendidihan film, ketika jumlah gelembung di dekat permukaan menjadi begitu besar sehingga mereka bergabung menjadi satu uap. film, di mana panas dari permukaan yang dipanaskan ditransfer ke volume konduktivitas termal cair. Karena koefisien konduktivitas termal uap sekitar 30 kali lebih kecil daripada air, resistansi termal konduktivitas termal melalui film uap meningkat tajam, yang dapat menyebabkan burnout pada permukaan pertukaran panas. Oleh karena itu, mode ini tidak diperbolehkan di pembangkit listrik termal.

Kondisi yang diperlukan untuk terjadinya proses perebusan. Untuk terjadinya pendidihan, dua kondisi diperlukan dan cukup: adanya cairan yang terlalu panas relatif terhadap suhu jenuh pada tekanan cairan dan adanya pusat penguapan, yang dapat berupa berbagai inklusi dalam cairan ( partikel dan gelembung gas), serta depresi dan depresi pada permukaan pertukaran panas, yang berhubungan dengan kekasaran.

Biarkan cairan berada dalam wadah dengan bagian bawah yang dipanaskan. Jika zat cair mendidih, maka suhu uap di atas zat cair adalah . Suhu dalam cairan itu sendiri selalu sedikit lebih tinggi. Saat Anda mendekati bagian bawah yang dipanaskan, suhu praktis tidak berubah. Hanya di sekitar bagian bawah yang meningkat tajam menjadi .

Dari gambar terlihat bahwa panas berlebih () terbesar diamati pada permukaan pertukaran panas, tetapi ada juga pusat penguapan dalam bentuk kekasaran. Ini menjelaskan mengapa gelembung terbentuk tepat di permukaan pertukaran panas.

Agar gelembung berkembang, mis. peningkatan volume karena penguapan cairan dari permukaan gelembung ke dalamnya, tekanan uap di dalamnya harus lebih besar dari tekanan karena cairan di sekitarnya dan gaya tegangan permukaan.

Tekanan saturasi dan suhu saturasi dihubungkan oleh hubungan yang kaku: than lebih banyak tekanan, semakin tinggi suhu saturasinya. Dari sini menjadi jelas mengapa salah satu syarat terjadinya pendidihan (terbentuknya gelembung-gelembung uap) adalah cairan yang terlalu panas. Volume gelembung meningkat hingga gaya apung yang cenderung merobeknya lebih besar daripada gaya yang menahannya ke permukaan. Ukuran gelembung pada saat pemisahan ditandai dengan diameter pemisahan. Gelembung yang terlepas bergerak ke atas, terus bertambah volumenya. Pada antarmuka uap-cair, gelembung pecah.

Karena gelembung muncul, tumbuh dan terlepas pada permukaan pertukaran panas, mereka dengan demikian menghancurkan lapisan batas, yang merupakan hambatan termal utama. Oleh karena itu, perpindahan panas selama perebusan adalah proses yang sangat intensif. Untuk air, misalnya, koefisiennya mencapai (10 ... 40) 10 3 W / (m 2 × K).

Selama proses perebusan, permukaan pertukaran panas sebagian berkontak dengan fasa uap, sebagian lagi dengan fasa cair. Tetapi , jadi kalor dipindahkan media cair, yaitu menjadi terlalu panas, dan hanya kemudian cairan yang sangat panas menguap dari permukaan gelembung ke dalamnya.

Gambar tersebut menunjukkan ketergantungan koefisien pada (cairan terlalu panas).

Daerah mendidih berikut dapat dibedakan. Pada perbedaan suhu rendah, perpindahan panas ditentukan terutama oleh kondisi konveksi bebas, karena jumlah gelembung yang terbentuk kecil dan tidak secara signifikan mempengaruhi lapisan batas - ini adalah wilayah perebusan konvektif I. Di wilayah ini, panas koefisien transfer sebanding dengan . Dengan meningkatnya panas berlebih pada cairan, semakin sedikit kekasaran yang dapat berfungsi sebagai pusat penguapan, dan ini menyebabkan peningkatan jumlah mereka, dan, di samping itu, frekuensi pemisahan gelembung di setiap pusat penguapan meningkat. Ini menyebabkan peningkatan sirkulasi di lapisan batas, akibatnya perpindahan panas meningkat tajam. Rezim gelembung mendidih yang berkembang terjadi di (wilayah II). sebanding.

Dengan peningkatan lebih lanjut dalam perbedaan suhu (), jumlah gelembung menjadi begitu besar sehingga mereka mulai bergabung, akibatnya bagian permukaan yang meningkat akan bersentuhan dengan fase uap, yang konduktivitas termalnya adalah lebih rendah dari zat cair. Oleh karena itu, perpindahan panas, setelah mencapai maksimum, akan mulai berkurang (transisi modus III) sampai terbentuk lapisan uap kontinu yang memisahkan cairan dari permukaan pemanas. Cara pendidihan ini disebut pendidihan film (wilayah IV). PADA kasus terakhir koefisien praktis independen dari .

Gambar tersebut menunjukkan ketergantungan yang diperoleh secara eksperimental dari koefisien perpindahan panas pada kerapatan fluks panas

ketika air mendidih dalam volume besar dalam kondisi konveksi bebas.

Dari gambar terlihat bahwa dengan peningkatan kerapatan fluks panas, koefisien perpindahan panas meningkat (bagian O - A). Bagian ini sesuai dengan rezim gelembung mendidih. Setelah mencapai

kerapatan fluks panas \u003d W / m 2, koefisien perpindahan panas menurun tajam (garis A - D) - mode gelembung diganti dengan film. Bagian D–D sesuai dengan rezim film. Fenomena transisi mode gelembung mendidih ke dalam film disebut

krisis mendidih pertama (). Selama transisi dari rezim gelembung ke rezim film, perbedaan suhu meningkat secara signifikan. Transisi terbalik dari film ke pendidihan nukleat terjadi pada kerapatan fluks panas W / m 2 (jalur B - C), yaitu sekitar 4 kali lebih sedikit. Fenomena transisi dari pendidihan film ke pendidihan gelembung disebut krisis pendidihan kedua (). Bagian kurva A - B mencirikan mode transisi, di sini gelembung dan mode film pada bagian yang berbeda dari permukaan pemanas.

Bedakan antara pendidihan cairan pada permukaan pertukaran panas padat, di mana panas disuplai dari luar, dan pendidihan sebagian besar cairan.

Saat mendidih pada permukaan padat, pembentukan fase uap diamati di beberapa tempat di permukaan ini (menurut H. Kuhling, koefisien perpindahan panas á - air mendidih - dinding logam berada dalam kisaran 3500 hingga 5800 W / (m 2 K).

Selama perebusan volumetrik, fase uap muncul secara spontan (spontan) langsung di sebagian besar cairan dalam bentuk gelembung uap individu. Pendidihan volumetrik hanya dapat terjadi dengan panas berlebih yang signifikan. fase cair relatif terhadap suhu saturasi pada tekanan tertentu. Misalnya, panas berlebih yang signifikan dapat diperoleh dengan menurunkan tekanan sistem secara cepat.

Dari mekanisme perpindahan panas selama konveksi cairan fase tunggal, mekanisme perpindahan panas selama perebusan nukleat berbeda dengan adanya transfer tambahan massa materi dan panas oleh gelembung uap dari lapisan batas ke volume cairan. cairan mendidih.

Agar proses perebusan terjadi, dua kondisi harus dipenuhi:

Kehadiran cairan yang terlalu panas relatif terhadap suhu saturasi;

Adanya pusat penguapan.

Superheat cair memiliki nilai maksimum langsung di permukaan pertukaran panas yang dipanaskan, karena ada pusat penguapan dalam bentuk ketidakteraturan dinding individu, gelembung udara, partikel debu, dll.

Mendidih, di mana uap terbentuk dalam bentuk gelembung yang muncul dan tumbuh secara berkala, disebut perebusan nukleat.

Dengan peningkatan fluks panas ke nilai tertentu, gelembung uap individu bergabung, membentuk lapisan uap kontinu di dekat dinding, yang secara berkala menerobos ke dalam volume cairan. Rezim ini disebut film mendidih.

Perpindahan panas selama pendidihan nukleat cairan dalam kondisi gerak bebas

Koefisien perpindahan panas menurut D.A. Labuntsov:

α kip st. dv.= C Re n Pr 1/3 /l , W/m 2 K,

di mana: l adalah ukuran linier karakteristik gelembung uap pada saat nukleasi, dalam m.

Parameter fisik yang termasuk dalam kriteria kesamaan ditentukan pada suhu jenuh.

Nilai konstanta pada air mendidih adalah:

pada Re 0,01, C = 0,0625, n = 0,5;

pada Re > 0,01, C = 0,125, n = 0,65.

Ketergantungan berlaku dalam kisaran nilai kuantitas:

Re = 10 -5 10 +4 ; Pr = 0,86 7,6; W 7 m/s;

dan pada kandungan uap volumetrik – â 70% untuk jangkauan luas tekanan saturasi (sampai tekanan mendekati kritis).

Koefisien perpindahan panas menurut M.A. Mikheev:

α kip st. dv.\u003d 33,4∆t 2,33 R 0,5, W / m 2 K,

di mana P adalah tekanan air dalam bar.

Ketergantungan ini berlaku untuk air dalam rentang tekanan 1 40 bar (0,1-4,0 MPa).

Perpindahan Panas selama Pendidihan Gelembung dalam Kondisi Konveksi Paksa dalam Pipa

Dalam hal ini, intensitas perpindahan panas ditentukan oleh interaksi gerak berdenyut cairan karena penguapan dan gangguan penetrasi dari volume cairan karena konveksi paksa. Rumus interpolasi D.A. Labuntsov untuk perpindahan panas dari pendidihan nukleat dalam kondisi konveksi paksa dalam pipa memiliki bentuk:

α/α w= 4α w/4α w + α q /α q, di mana:

α g adalah koefisien perpindahan panas yang dihitung menurut rumus didih yang dikembangkan (ketika kecepatan tidak mempengaruhi perpindahan panas);

α w adalah koefisien perpindahan panas yang dihitung menggunakan rumus perpindahan panas konvektif dari cairan fase tunggal (ketika q tidak mempengaruhi perpindahan panas).

Ketergantungan yang berlaku:

Dalam kisaran nilai α q /α w dari 0,5 hingga 2,0, (ketika nilai rasio ini kurang dari 0,5 - w = , dan pada lebih besar 2,0 - q = );

Pada kandungan uap volumetrik rata-rata tidak melebihi 70% (dalam hal ini, koefisien perpindahan panas mengacu pada perbedaan suhu t c - t n).

Perpindahan panas selama film mendidih dari cairan

Pendidihan film terjadi dengan adanya jumlah yang besar pusat penguapan, di mana gelembung uap bergabung, membentuk lapisan uap terus menerus di dekat permukaan pertukaran panas, secara berkala menerobos ke dalam volume cairan. Dalam hal ini, cairan dipisahkan dari permukaan yang dipanaskan oleh lapisan uap. Aliran panas ke antarmuka fase melewati lapisan uap konduktif termal rendah. Selama pendidihan film cairan dalam kondisi gerak bebas, nilai koefisien perpindahan panas berubah sedikit dengan perubahan nilai fluks panas.

Melalui film uap, selain panas karena konveksi dan konduktivitas termal, panas radiasi juga lewat. Oleh karena itu, koefisien perpindahan panas pada pendidihan film dipengaruhi oleh radiasi permukaan pertukaran panas, radiasi permukaan cairan, dan radiasi uap. Bagian perpindahan panas radiasi meningkat tajam dengan meningkatnya panas super dari cairan. Kedua bentuk perpindahan panas tersebut adalah perpindahan panas konveksi dan radiasi - saling mempengaruhi satu sama lain. Ini memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa uap yang terbentuk karena radiasi menyebabkan penebalan film uap dan penurunan yang sesuai dalam intensitas perpindahan panas karena konveksi dan konduktivitas termal.

Saat film mendidih cairan jenuh fluks panas yang dikeluarkan dari permukaan pemanas dihabiskan tidak hanya pada penguapan lapisan cair yang terletak di batas film uap. Bagian dari panas yang dihilangkan juga digunakan untuk memanaskan uap di dalam film, karena suhu rata-rata uap di dalam film lebih tinggi dari suhu saturasi.

Selama pendidihan film dari cairan yang didinginkan, panas yang melewati film uap dari permukaan didih sebagian dipindahkan ke sebagian besar cairan secara konveksi. Intensitas perpindahan panas konveksi ke dalam volume cairan tergantung pada subcooling dan laju sirkulasi cairan.

Dalam boiler sekali lewat, air proses masuk dalam keadaan subdingin, dan keluar dalam bentuk uap super panas. Dalam ketel seperti itu, ketika campuran uap-air mengalir, koefisien perpindahan panas berubah: menurut hukum konveksi aliran fase tunggal di bagian saluran masuk; menurut hukum konveksi dan pendidihan rezim gelembung di bagian tengah; menurut hukum mendidih rezim film di bagian outlet. Dengan perebusan film, perpindahan panas jauh lebih sedikit dibandingkan dengan perebusan gelembung. Namun, pada tekanan tinggi nilai mutlak perpindahan panas menjadi signifikan. Oleh karena itu, tidak ada burnout pada pipa boiler (surface burnout); keadaan permukaan pemanas tetap terkontrol dalam kasus ini juga.

Koefisien perpindahan panas pada gerak laminer film uap pada dinding vertikal menurut V.P. Ischenko:

α \u003d 4 (λ 3 n r n (ρ dan − ρ n) g /( n t H)) , W/(m 2 K),

pada t \u003d t n (suhu saturasi air) dan kecepatan pada antarmuka - W gr \u003d 0, faktor konstan C = 0,667;

dengan gradien kecepatan dw= 0, faktor konstan C = 0,943.

Dalam kasus pertama, cairan tidak bergerak, dalam kasus kedua, kecepatan cairan sama dengan kecepatan uap pada antarmuka.

Koefisien perpindahan panas untuk gerakan laminar dari film uap selama mendidih pada permukaan luar silinder horizontal menurut V.P. Ischenko:

α \u003d 4 (λ 3 n r n (ρ dan − ρ n) g /( n t d)) , W/(m 2 K),

Dalam hal ini, C sama dengan 0,53 (cairan diam) dan 0,72 (kecepatan cairan sama dengan kecepatan uap pada antarmuka), masing-masing.

Ketergantungan perpindahan panas yang diberikan selama gerakan laminar dari film uap memperhitungkan perpindahan panas di atas penampang film dengan konduksi termal. Komponen radiasi (radiatif) dari koefisien perpindahan panas (α p) harus ditentukan secara terpisah (lihat bagian 7.3.4.)

Koefisien perpindahan panas untuk gerakan turbulen dari film uap selama pendidihan pada dinding vertikal menurut D.A. Labuntsov:

α = (λ/H)(Gr Pr) G 1/3 W / (m 2 K),

dimana: seperti yang diterapkan pada film yang mendidih, gaya yang menentukan pergerakan uap dalam film sama dengan g*(ρ dan − ρ n); faktor konstan C = 0,25; properti fisik mengacu pada suhu rata-rata film uap (seperti yang ditunjukkan oleh indeks "G").

Kriteria Grashof berbentuk Gr = (gl 3 /ν n 2)*( dan − ρ n)/ρ dan

Ketergantungan berlaku pada (Gr Pr) G ≥ 2 ⋅ 10 7 .