Acest tip de transfer de căldură se caracterizează prin intensitate ridicată și se găsește în tehnologia chimică, de exemplu, atunci când se efectuează procese precum evaporarea, distilarea lichidelor, în evaporatoarele instalațiilor frigorifice etc. Procesul de transfer de căldură în timpul fierberii este foarte complex. și nu a fost încă suficient studiat, în ciuda numărului mare de studii.

Pentru apariția fierberii, este necesar, în primul rând, ca temperatura lichidului să fie peste temperatura de saturație și este necesară și prezența centrelor de vaporizare. Distingeți între fierberea pe suprafața de încălzire și fierberea în cea mai mare parte a lichidului. Primul tip de fierbere se datorează furnizării de căldură lichidului de la suprafața în contact cu acesta. Fierberea în cea mai mare parte a lichidului se datorează prezenței surselor interne de căldură sau supraîncălzirii semnificative a lichidului, care apare, de exemplu, cu o scădere bruscă a presiunii (sub echilibru). Cel mai important tip de fierbere în tehnologia chimică este fierberea la suprafață.

Pentru a transfera căldură de la perete la lichidul care fierbe, peretele trebuie supraîncălzit în raport cu temperatura de saturație a acestui lichid. Pe fig. 11-9 arată o dependență tipică a coeficientului de transfer termic și a încărcăturii termice specifice de temperatură5

presiunea la fierbere lichid Δt= tst -tboil (tst, tboil - respectiv, temperatura peretelui din partea lichidului de fierbere și temperatura de fierbere). În regiunea AB, supraîncălzirea lichidului este mică (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.

Intensitatea mare a transferului de căldură în regimul de fierbere cu bule se explică prin faptul că turbulența stratului limită y, suprafața peretelui este proporțională cu numărul și volumul bulelor de vapori formate în microcavități de pe suprafața de încălzire. În zonele apropiate de centrele de vaporizare), o parte din lichid se evaporă, formând bule de vapori, care, crescând și crescând în volum, antrenează mase semnificative de lichid. Lichidul antrenat și evaporat este înlocuit cu fluxuri proaspete, creând astfel o circulație intensivă a lichidului lângă suprafața de încălzire, ceea ce duce la o accelerare semnificativă a procesului de transfer de căldură. În punctul C, coeficientul de transfer termic atinge valoarea maximă corespunzătoare sarcinii termice specifice maxime (punctul O). Cu o creștere suplimentară a Δt, se observă o scădere bruscă a coeficientului de transfer de căldură. Se explică prin faptul că la o anumită valoare - critică - Δt = Δt cr are loc coalescența (contopirea) bulelor formate aproape una de alta. În acest caz, valoarea l din Fig. devine mai mic decât diametrul bulelor de vapori, iar lângă suprafața peretelui apare o peliculă de vapori, ceea ce creează o rezistență termică suplimentară la procesul de transfer de căldură. Coeficientul de transfer termic scade brusc (de zeci de ori). Desigur, filmul de vapori rezultat este instabil, este distrus în mod constant și reapare, dar în cele din urmă acest lucru afectează grav transferul de căldură. Acest mod de fierbere se numește film. Este destul de evident că regimul de fierbere al filmului este extrem de nedorit.

Valorile diferenței de temperatură, coeficientului de transfer de căldură și încărcăturii termice specifice corespunzătoare trecerii de la regimul de bule la regimul de film sunt numite critice.

Bula de abur se formează în microcavitățile suprafeței de încălzire. După ce a ajuns la un anumit diametru, bula se rupe de la suprafață. Pe suprafetele bine umezite, bula se rupe de suprafata de incalzire, avand forma unei mingi. În creștere, bula crește în volum datorită evaporării lichidului din interiorul bulei, se aplatizează și ia forma unei ciuperci cu o traiectorie complexă de ascensiune. În acest caz, apare strivirea continuă și coalescența bulelor. Momentul separării bulei corespunde stării de egalitate a forței arhimedice care acționează asupra bulei și forței de tensiune superficială a lichidului care ține bula pe perete. Dacă presupunem că bula, atunci când se formează pe suprafața peretelui, are o formă apropiată de sferică, atunci în momentul separării, valoarea lui do este exprimată prin dependență.

unde pzh și pp sunt densitatea lichidului și respectiv a vaporilor; σ este tensiunea superficială a lichidului la interfață; β-unghi de contact

Astfel, transportul de căldură în timpul fierberii cu bule constă în transferul de căldură de la perete la lichid, iar apoi căldura este transferată de către lichid către suprafața interioară a bulelor sub formă de căldură de evaporare. Transferul de căldură de la perete direct la bule este neglijabil, deoarece suprafața de contact a bulelor cu peretele este foarte mică, iar conductivitatea termică a vaporilor este, de asemenea, scăzută. Pentru ca căldura din lichid să fie transferată în bulele de vapori, lichidul trebuie să aibă o temperatură ceva mai mare decât temperatura vaporilor. Prin urmare, la fierbere, lichidul este oarecum supraîncălzit în raport cu temperatura vaporilor saturați deasupra suprafeței lichidului care fierbe.

Viteza de transfer de căldură în timpul fierberii depinde de mulți factori diferiți (proprietățile fizice ale lichidului, presiunea, diferența de temperatură, proprietățile materialului suprafeței de încălzire și mulți alții), este extrem de dificil să se ia în considerare influența cărora. asupra procesului și să le reducă într-o singură dependență. un complex de multe cantități care afectează intensitatea transferului de căldură în timpul fierberii

10. Transfer radiant de căldură. transfer complex de căldură. Poate fi realizat prin orice mediu datorită transferului de energie prin unde magnetice din partea infraroșu a gamei. Transferul de căldură radiantă se realizează atunci când substanța este transferată prin mediul gazos care există între zona cu mai mult și mai puțin gaz încălzit. În prima coadă duc între corpurile TV.

Aceasta este ecuația pentru factorul de acoperire=1. Dacă suprafața emițătoare o înconjoară complet pe cea absorbită,

Când căldura este transferată printr-un mediu gazos de radiație, intensitatea acestui transfer este denumită moderată. T-x se realizează numai în condiții de convecție naturală, adică. împreună cu transferul de căldură radiantă există un transfer de căldură convectiv. Intensitatea totală a transferului de căldură. Transferul comun de căldură datorat transferului de căldură radiantă și convecției se numește transfer complex de căldură.

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține:

Procese și dispozitive termice. Tipuri de transfer de căldură și schimb de căldură pr. Transfer de căldură de la un corp la altul

Caldura este transferata datorita fenomenelor x de conductivitate termica a convectiei si radiatiei;conductivitate termica;transfer de caldura datorita a doua microparticule din gaze.. transferul de caldura poate fi insotit de racire sau incalzire.

Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material s-a dovedit a fi util pentru dvs., îl puteți salva pe pagina dvs. de pe rețelele sociale:

tweet

Toate subiectele din această secțiune:

Transfer de căldură printr-un perete cu un singur strat și cu mai multe straturi
Pentru un perete plat cu un singur strat, condițiile sunt acceptate, atunci grosimea acestuia este de multe ori mai mică decât lățimea, lungimea, înălțimea. În acest caz, în timpul transferului staționar de căldură, câmpul este intern. Pereții pot fi luați unidimensionali,

Transfer de căldură convectiv. Ecuația Fourier-Kirkhoff
Transferul de căldură convectiv are loc în mediile fluide: gaze, lichide, datorită mișcării macroparticulelor având potențiale termodinamice diferite. Cu o creștere a vitezei

Criterii de similaritate termică. Forma generală a ecuațiilor de criteriu
Nu= - Criteriul Nusselt, exprimă raportul dintre intensitatea totală a transferului de căldură în timpul transferului de căldură convectiv și intensitatea transferului de căldură prin conductivitate termică în stratul limită al acestui lichid de răcire.

Forma generală a ecuațiilor de criteriu
Nu=f(Pe,Pr,Re,Fo,Gr,...G1,G2..) A,n,m,s,p în acest exemplu, coeficient. Def. Metoda de selecție în prelucrarea experienței. date. -coeficient Transfer de căldură 7. Disiparea căldurii, neînsoțită de

Transferul de căldură în timpul condensării aburului
Acest tip de transfer de căldură are loc atunci când starea de agregare a purtătorilor de căldură se modifică. Particularitatea acestui proces constă în primul rând în faptul că căldura este furnizată sau îndepărtată la o temperatură constantă.

Ecuația de bază a transferului de căldură. Regula aditivității pentru rezistențele termice
Cu contactul direct cu lichidele de răcire, transferul de căldură include transferul de căldură într-un lichid de răcire și transferul de căldură în al doilea lichid de răcire.Intensitatea globală a procesului este caracterizată

Agenți de încălzire și metode de utilizare a acestora
Gazele de ardere au fost folosite de mult timp ca agenți de încălzire. Cap tehnologie ardere gaze arse. Din natura combustibilului care este ars. Acidul este de obicei folosit ca agent oxidant.

Lichidanți de răcire și metode de utilizare a acestora
Răcirea la temperaturi obișnuite (până la aproximativ 10-30 ⁰С) agenți de răcire cei mai disponibili și ieftini - aer și apă. În comparație cu aerul, apa este

Calcul de verificare a schimbătorului de căldură
Calculul de verificare a unui schimbător de căldură cu o suprafață de transfer de căldură cunoscută constă, de regulă, în determinarea cantității de căldură transferată și a temperaturilor finale ale purtătorilor de căldură la data lor.

Determinarea coeficientului de transfer termic m-house a aproximărilor succesive în calculele schimbătoarelor de căldură
Determinarea coeficientului de transfer de căldură se realizează într-un calcul de verificare, care se efectuează pentru a determina adecvarea schimbătorului de căldură. 1-în conformitate cu schimbătorul de căldură selectat determinați real

Amestecare schimbătoare de căldură
În industriile chimice, de obicei nu este necesar să se obțină condensat de abur pur pentru utilizarea ulterioară. Prin urmare, condensatoarele de amestecare sunt răspândite, mai simple în instalare.

Evaporare
Evaporarea este concentrația soluțiilor de substanțe practic nevolatile sau slab volatile în solvenți lichizi volatili. Evaporarea este supusă la soluții de solide (apoase

Bilanțul materialului de evaporare
Gn kg/s din soluția inițială cu o concentrație xn greutate este furnizată pentru evaporare. % și a îndepărtat Gk kg/sec de soluție îndepărtată cu concentrația xk

Punctul de fierbere al soluției și pierderea de temperatură
De obicei, la evaporatoarele cu un singur vas se cunosc presiunile încălzirii primare și ale vaporilor secundari și, în consecință, se determină și temperaturile acestora. Diferența dintre temperaturile de încălzire și secundar

Forța motrice a procesului
Diferența totală de temperatură a unei instalații cu casete multiple este diferența dintre temperatura aburului primar care încălzi prima carcasă și temperatura aburului secundar care intră și

Echilibrul termic
D=debit de abur de încălzire; I , Ig, Iн, Ik - entalpia aburului secundar și a aburului de încălzire, soluție inițială și respectiv soluție separată; Ip.k \u003d s

Consum de abur pentru evaporare. numărul optim de carcase de evaporator
Q=D(tD“-tD‘)=Drp(1-α), unde D este debitul de abur de încălzire; α-conținutul de umiditate al aburului. Q \u003d GnCn (tcon-tn) + W (tw‘-Cvtcon) + Qloss ± Qconcentrație, unde Cw este capacitatea de căldură a apei. Economia evaporatorului

Procedura de calcul a evaporatorului
1-sarcina trebuie să conţină: adj. soluție, compoziția soluției inițiale, cantitatea acesteia (consumul soluției originale, concentrația soluției în-va (compoziția)). Pe baza acestor date, este posibil să se facă calcule ale mingii de material

Procedura de calcul pentru un evaporator cu mai multe vase
Calculul tehnologic al unui evaporator cu vid cu mai multe vase se efectuează în următoarea secvență. 1. După ce s-a calculat din ecuație cantitatea totală W de apă evaporată în instalație,

Mașini de film tubular vertical
Ele aparțin grupului de dispozitive care funcționează fără circulație; procesul de evaporare se desfășoară într-o singură trecere a lichidului de-a lungul conductelor cazanului, iar soluția se deplasează în ele sub forma unui ascendent sau descendent.

Evaporator în contracurent
40. Procese și aparate de transfer de masă. În tehnologia chimică sunt răspândite și importante

Metode de desorbție
Desorbția sau striparea, adică eliberarea unui gaz dizolvat dintr-o soluție, se realizează într-unul din următoarele moduri: 1) într-un curent de gaz inert, 2) prin evaporarea soluției, 3) în vid. etc

Consum minim si optim de absorbant
Modificarea concentrației în aparatul de absorbție are loc în linie dreaptă și, prin urmare, în coordonatele Y - X, linia de lucru a procesului de absorbție este o linie dreaptă cu un unghi de înclinare, a cărei tangentă

rata de absorbtie. Intensificarea procesului în timpul absorbției gazelor dificile și foarte solubile
M = Ky F ∆Yav = Kx F ∆Xav O creștere a forței motrice medii duce la o creștere a vitezei întregului proces, la o creștere a dizolvării și

Absorbante ambalate
Absorbantele umplute cu umplutură - solide de diferite forme - sunt utilizate pe scară largă în industrie ca absorbanți. În coloana de ambalare (Fig.), ambalajul este așezat pe suport

Chimvale eșuate
În tăvile fără coborâtoare, gazul și lichidul trec prin aceleași deschideri sau fante. În acest caz, odată cu interacțiunea fazelor de pe placă, lichidul se scurge în placa de dedesubt.

Tavi cu bule cu dispozitive de scurgere (sită, capac, supapă)
Plăci de sită. Gazul trece prin orificiile plăcii și este distribuit în lichid sub formă de mici fluxuri și bule. La viteze mici de gaz, lichidul se poate infiltra prin deschiderile recipientelor.

plăci cu jet
1-blocare hidraulică; 2-despărțitor de preaplin; 3-plăci; 4-plăci; 5-buzunare de scurgere. Dintre tăvile cu jet, tava farfurii este cea mai comună. Lichid

cerințele absorbante. Alegerea absorbantă
Gazul absorbit se numește absorbant (absorbant), iar lichidul în care se dizolvă gazul se numește absorbant. Gazele care sunt practic insolubile se numesc gaze inerte. Cerințe: 1.Selectați

Procedura de calcul al coloanei de distilare (instalație)
Având în vedere: debitul amestecului lichid, compoziția acestuia (proporția de substanțe din distilat, din reziduul de distilare. Presiunea aburului de încălzire, temperatura inițială a amestecului. 1) Bilanțul material. Definiți: relaționează

agenţi de uscare. Alegerea agentului de uscare și a modului de uscare
Ca agent de uscare, se poate folosi aer încălzit, gaze de ardere și amestecurile acestora cu aer, gaze inerte, abur supraîncălzit. Dacă contactul nu este permis, uscați

uscător cu tambur
Uscătorul cu tambur este un tambur 4 cilindric înclinat cu două benzi Z, care, atunci când tamburul se rotește, se rulează de-a lungul rolelor de susținere 6. Materialul provine de la capătul ridicat al barei.

uscător cu cameră
În astfel de dispozitive, uscarea materialului se efectuează periodic la presiunea atmosferică. Uscătoarele au una sau mai multe camere dreptunghiulare în care materialul de pe cărucioare sau rafturi

Uscătoare cu bandă
Uscătoare cu bandă. Una sau mai multe benzi transportoare sunt adesea folosite pentru mișcarea continuă a materialului care urmează să fie uscat în uscător. La aparatele cu bandă unică,

Uscătoare cu pulverizare
Pentru uscarea multor materiale lichide se folosesc uscătoarele care funcționează pe principiul pulverizării materialului. Uscătoarele cu pulverizare se usucă atât de repede încât materialul nu are timp să se încălzească.

Procedura de calcul uscător
1. Sarcină: caracteristicile materialului, compoziția acestuia, umiditatea inițială, modul de uscare, umiditatea finală, productivitatea (consum de materie primă), locul de uscare. 2. Alegerea naturii (tipului) terenului

Proiectări de adsorbanți cu acțiune periodică și continuă
Procesele de adsorbție pot fi efectuate periodic (în aparate cu pat de adsorbție fix) și continuu - în aparate cu pat adsorbant mobil sau fluidizat, precum și în aparate cu adsorbant fix.

În timpul fierberii, ca în toate celelalte procese de transfer de căldură, se utilizează ecuația de transfer de căldură (legea lui Newton), care stabilește relația dintre diferența de temperatură „perete - lichid” și fluxul de căldură prin suprafața de schimb de căldură:

unde Q - flux de căldură, W; q=Q/F - densitatea fluxului termic la suprafață, W/m2; F - suprafata de schimb de caldura (pereti), m2; este coeficientul de transfer de căldură mediat pe suprafața F, W/(m2K); - temperatura suprafeței de schimb de căldură (perete), 0С; - temperatura de saturație a lichidului la o presiune dată, 0C.

În acest caz, supraîncălzirea peretelui acționează ca o diferență de temperatură:

unde T f, max este supraîncălzirea maximă a lichidului, 0С.

Astfel, fluxul de căldură este proporțional cu aria F a suprafeței de schimb de căldură și diferența de temperatură dintre perete și lichid.

Coeficient de transfer termic

Coeficientul de transfer de căldură, W/(m2K), este un coeficient de proporționalitate din legea lui Newton, care caracterizează intensitatea transferului de căldură. Valoarea coeficientului de transfer de căldură în timpul fierberii depinde de un număr mare de factori diferiți:

a) proprietățile fizice ale lichidului;

b) puritatea lichidului;

c) temperatura şi presiunea acestuia;

d) forma geometrică, dimensiunile și orientarea spațială a suprafeței de schimb de căldură;

e) materialul și rugozitatea (puritatea prelucrării) suprafeței;

f) valorile supraîncălzirii lichidului etc.

Prin urmare, determinarea coeficientului de transfer de căldură în timpul fierberii este o sarcină foarte dificilă. Există valori locale (la un punct dat de pe suprafață) și valori medii ale coeficientului de transfer de căldură pe suprafața de transfer de căldură:

adică coeficientul de transfer de căldură este numeric egal cu fluxul de căldură transmis printr-o suprafață unitară de schimb de căldură la o diferență de temperatură de 10C (1 K).

Moduri de fierbere (transfer de căldură)

Mecanismul de fierbere și intensitatea transferului de căldură depind de amploarea supraîncălzirii peretelui. Există trei moduri principale de fierbere: bule, tranziție și film.

În practică, cea mai comună este fierberea unui lichid pe o suprafață solidă de schimb de căldură prin care este furnizată energie termică.

Procesul de fierbere este un caz special de transfer de căldură convectiv, în care are loc un transfer suplimentar al masei de materie și căldură prin bule de vapori de la suprafața de încălzire în volumul lichidului.

modul bule

Raza suprafeței interfațale a nucleului-bule este proporțională cu dimensiunea microrugozității care o formează pe suprafața peretelui. Prin urmare, la începutul regimului de fierbere cu bule, cu o ușoară supraîncălzire a lichidului, doar centrele mari de vaporizare „funcționează”, deoarece bulele-nucleele centrelor mici au o rază mai mică decât cea critică.

Pe măsură ce supraîncălzirea lichidului crește, se activează centre mai mici de vaporizare, astfel încât numărul de bule formate și frecvența separării acestora crește.

Ca urmare, intensitatea transferului de căldură crește extrem de rapid (Fig. 3, regiunea 2). Coeficientul de transfer de căldură ajunge la zeci și chiar sute de mii de W/(m2K) (la presiuni mari).

Acest lucru se datorează căldurii specifice ridicate a tranziției de fază și amestecării intense a lichidului prin creșterea și desprinderea bulelor de vapori. Modul de fierbere cu bule asigură cel mai eficient transfer de căldură. Acest mod este utilizat în generatoarele de abur ale centralelor termice și nucleare, la răcirea motoarelor, elementelor structurale de energie, unităților metalurgice, chimice care funcționează la temperaturi ridicate. Transferul de căldură în modul cu bule este proporțional cu numărul de centre activi de vaporizare și cu frecvența detașării bulelor, care, la rândul lor, sunt proporționale cu supraîncălzirea maximă 8 lichid și presiune. Din acest motiv, coeficientul mediu de transfer de căldură poate fi calculat folosind o formulă de forma:

unde C1, z, n sunt constante empirice; ?Tw - supraîncălzirea peretelui, 0C; . - presiune de saturație (presiunea lichidului extern), bar.

Formula este utilizată în calculele fierberii nucleate în condiții de limită de primul fel.

Orez. 3. Curbele de transfer de căldură în timpul fierberii: 1 - regiune convectivă fără fierbere; 2 - zona de fierbere nucleată; 3 - zona de tranzitie; 4 - zona de fierbere a filmului; 5 - secțiune de fierbere a filmului cu o proporție semnificativă de transfer de căldură prin radiație; kr1, kr2 ​​sunt punctele primei și, respectiv, celei de-a doua crize de fierbere.

Prima criză fierbinte. modul de tranziție

Odată cu o creștere suplimentară a supraîncălzirii (ΔTw), intensitatea transferului de căldură, care a atins un maxim în punctul critic „cr1”, începe să scadă (vezi Fig. 3, regiunea 3) datorită îmbinării unui număr din ce în ce mai mare de bule în pete de vapori. Zona petelor de vapori crește odată cu creșterea ΔTw și în cele din urmă acoperă întregul perete, transformându-se într-un film continuu de vapori care conduce prost căldura.

Astfel, are loc o tranziție treptată de la fierbere cu bule la fierbere în film, însoțită de o scădere a intensității transferului de căldură. Se numește începutul unei astfel de tranziții prima criză de fierbere. O criză este înțeleasă ca o schimbare fundamentală a mecanismului de fierbere și transfer de căldură.

A doua criză fierbinte. Modul film

Odată cu o creștere suplimentară a supraîncălzirii (ΔTw), intensitatea transferului de căldură, după ce a atins un minim în al doilea punct critic „cr2”, începe din nou să crească în regiunea regimului de fierbere a filmului (vezi Fig. 3, regiunile 4 și 5). ). Se numește o astfel de schimbare a naturii efectului supraîncălzirii asupra transferului de căldură a doua criză de fierbere.

În modul de fierbere a filmului, un film continuu de vapori împinge lichidul departe de suprafață și condițiile de transfer de căldură sunt stabilizate, în timp ce coeficientul de transfer de căldură încetează să scadă, rămânând practic constant. Fluxul de căldură, conform legii lui Newton (3), va începe din nou să crească datorită creșterii diferenței de temperatură?Tw. Intensitatea transferului de căldură în modul de fierbere a filmului este foarte scăzută, iar acest lucru duce la o supraîncălzire puternică a suprafeței de schimb de căldură.

Se fierbe în volum mare

Fluxul de căldură transferat de la suprafață în apa clocotită poate fi asociat fără ambiguitate cu diferența de temperatură dintre perete și lichid:

unde este fluxul de căldură;

temperatura peretelui;

temperatura medie a lichidului.

Această dependență caracterizează transferul de căldură de la suprafața de încălzire la lichid și se numește curba de fierbere (Figura 4).

Orez. 4.

Se pot distinge cinci zone caracteristice:

1. La obiect. Zona de convecție;

2. Între puncte şi. Regiunea de fierbere nucleată nedezvoltată. Se caracterizează printr-o creștere a intensității transferului de căldură datorită transferului bulelor rezultate către miezul fluxului;

3. Între puncte şi. Zona de fierbere nucleată dezvoltată. Se caracterizează printr-o intensitate mare a transferului de căldură datorită transferului bulelor rezultate către miezul fluxului. Intensitatea crește pe măsură ce densitatea bulelor crește;

4. Între puncte şi. Regiunea de fierbere instabilă a filmului. Se caracterizează prin „contopirea” bulelor individuale în regiunea din apropierea peretelui. Datorită scăderii centrelor de vaporizare, precum și creșterii peliculei de vapori la suprafața de încălzire, transferul de căldură scade;

5. Din punct de vedere. Regiunea de fierbere a filmului stabil. Se caracterizează prin acoperirea suprafeței de încălzire cu un film continuu de vapori și, ca urmare, un transfer scăzut de căldură.

Această curbă poate fi obținută prin creșterea și menținerea temperaturii peretelui de încălzire. În acest caz, pe măsură ce creșterea crește, cinci regiuni de fierbere sunt înlocuite succesiv.

În cazul creșterii și menținerii fluxului de căldură, ordinea modificării regimurilor de fierbere va fi diferită. În primul rând, modurile de convecție a unui lichid nefierbe (până la t.), fierbere la suprafață (între punctele i) și fierbere nucleată dezvoltată (între punctele i) se înlocuiesc succesiv. Odată cu o creștere suplimentară a fluxului de căldură, suprafața de încălzire este rapid acoperită cu o peliculă de vapori (din punct în punct), care este însoțită de o creștere a temperaturii și după scurt timp, după atingerea unei stări de echilibru, fierberea se caracterizează prin o temperatură ridicată a peretelui (de la punct la punct). Acest fenomen se numește criză de transfer de căldură, iar fluxul de căldură la care începe o creștere bruscă a temperaturii (-) este primul flux critic de căldură sau, mai des, pur și simplu fluxul critic de căldură.

Dacă, după atingerea punctului, fluxul de căldură începe să scadă, atunci regimul de fierbere al filmului se menține până la atingerea punctului. În cazul unei scăderi suplimentare a fluxului de căldură, modul de fierbere al filmului se schimbă în modul cu bule (din punct în punct), iar temperatura suprafeței de încălzire scade rapid. Fluxul de căldură la care modul de fierbere al filmului se schimbă în bule (-) se numește al doilea flux critic de căldură.

Schimbul de căldură lichid în fierbere este utilizat pe scară largă în ingineria energetică a navelor - aceasta este producția de abur în cazanele principale și auxiliare, reactoare nucleare, evaporatoare de apă de mare, evaporatoare și răcitoare de aer ale instalațiilor frigorifice.

Se face o distincție între fierberea pe o suprafață solidă de schimb de căldură, prin care trece un flux de căldură, și fierberea într-un volum, când un flux de căldură este indus direct în volumul unui lichid.

În practică, tipul de fierbere a unui lichid în contact cu o suprafață de schimb de căldură este mult mai comun.

Fierberea este un proces de formare intensivă a aburului în condiția unei surse constante de căldură. Fierberea are loc atunci când un lichid este ușor supraîncălzit, când temperatura lichidului este peste temperatura de saturație la o anumită presiune. Cantitatea de supraîncălzire necesară depinde de proprietățile fizice ale lichidului, de puritatea acestuia, de presiunea acestuia și, de asemenea, de starea suprafeței prin care căldura curge în lichid. Cu cât lichidul este mai pur, cu atât mai mult trebuie să fie supraîncălzit înainte de fierbere. Acest lucru se explică prin dificultatea formării spontane a bulelor de vapori nucleante inițiale din cauza necesității de a depăși energia de atracție reciprocă a moleculelor din lichid.

Dacă în lichid există un gaz dizolvat (de exemplu, aer) sau particule mici în suspensie, procesul de fierbere începe aproape imediat după ce lichidul atinge temperatura de saturație. Bulele de gaz, precum și particulele solide din lichid, servesc ca nuclee inițiale gata făcute ale fazei de vapori.

Valoarea supraîncălzirii necesare este redusă și dacă suprafața de schimb de căldură (pereții și fundul vasului, pereții conductei), prin care fluxul de căldură intră în lichid, are microrugozitate. Când un flux de căldură este furnizat printr-o astfel de suprafață, se observă formarea de bule în puncte individuale ale suprafeței. Aceste puncte se numesc CENTRE DE VAPORI. În acest caz, procesul de fierbere începe în straturile lichide care sunt în contact cu suprafața de schimb de căldură și au aceeași temperatură cu aceasta. Formarea bulelor de vapori are loc în stratul limită supraîncălzit al lichidului și numai în centrele de vaporizare. Bulele de abur cresc, se desprind de la suprafață și plutesc.

Dar nu toate bulele sunt capabile să crească în continuare, ci doar cele a căror rază depășește valoarea razei critice a nucleului de vapori Rmin. Valoarea lui Rmin depinde de temperatura suprafeței și scade brusc odată cu creșterea temperaturii peretelui. Prin urmare, o creștere a încărcăturii termice, care determină o creștere a temperaturii suprafeței, duce la creșterea numărului de centre activi de vaporizare, iar procesul de fierbere devine mai intens.

Toată căldura care intră în lichid este cheltuită pentru formarea aburului:

unde r este căldura de vaporizare, J/kg.

G"" - cantitatea de abur formată în timpul fierberii, kg/s.

Natura dezvoltării și detașării bulelor de pe suprafața de schimb de căldură depinde în mare măsură dacă lichidul udă suprafața sau nu. Dacă lichidul care fierbe udă suprafața de încălzire, atunci bulele de abur au un picior subțire și se desprind ușor de pe suprafață. Dacă lichidul nu udă suprafața, atunci bulele de vapori au o tulpină largă și numai partea superioară a bulei se desprinde.

Orez. 14.1. Forma bulelor de vapori pe suprafața umedă (a)
și suprafețe neumede (b).

Creșterea bulelor înainte de separare și mișcarea lor după separare determină circulația intensă și amestecarea lichidului în stratul limită, ceea ce crește brusc transferul de căldură de la suprafața de încălzire la lichid. Acest mod de fierbere se numește cu bule. La fierbere nucleată, zona de contact a piciorului cu bule cu suprafața de schimb de căldură este mică și, prin urmare, fluxul de căldură este transferat în lichid aproape fără restricții și este cheltuit pentru vaporizare și o ușoară creștere a temperaturii volumului. lichid (de exemplu, pentru apă la presiunea atmosferică, supraîncălzirea în volum este de obicei 0,2 ... 0,4 °C). Pentru practică, fierberea nucleată este de cel mai mare interes.

Îndepărtarea căldurii în modul de fierbere cu bule este una dintre cele mai avansate metode de răcire a suprafeței de încălzire. Este utilizat pe scară largă în reactoarele nucleare, la răcirea motoarelor cu reacție, când suprafața de schimb de căldură funcționează cu o densitate mare a fluxului de căldură.

În modul de fierbere cu bule, se produce abur în generatoarele de abur și se funcționează cazanele principale și auxiliare.

Intensitatea fierberii nucleate depinde de valoarea încărcăturii termice specifice q, W/m 2 furnizată suprafeței de schimb de căldură. Cu toate acestea, fluxul de căldură nu poate fi crescut la infinit. Odată cu creșterea fluxului de căldură, numărul de centre activi de vaporizare crește continuu și sunt atât de mulți dintre ei încât bulele individuale se pot îmbina într-un strat de vapori, care se rupe periodic, iar vaporii rezultați se sparg în volumul fierberii. lichid. Acest mod de fierbere se numește fierbere pe film. Apariția unui film în loc de bule individuale se numește prima criză de fierbere. Pentru apa la presiunea atmosferică, criza de fierbere are loc la o densitate a fluxului de căldură q = 1,2 10 6 W / m 2, acest flux de căldură corespunde valorii critice a diferenței de temperatură Dtcr = 25 ... 35 ° C.

Motivul crizei de fierbere este următorul. Coalescența bulelor care nu au avut timp să se desprindă de suprafața de schimb de căldură, formarea unui film de vapori modifică condițiile de schimb de căldură dintre lichid și perete. Peretele la care este furnizat fluxul de căldură încetează să fie spălat de lichid, deoarece este separat de lichid printr-o peliculă de vapori și, prin urmare, fluxul de căldură care intră în perete, doar o mică parte din acesta este transferat la abur. din cauza conductibilității termice scăzute a aburului, restul fluxului de căldură este cheltuit pentru încălzirea peretelui. Temperatura peretelui crește cu sute de grade într-o fracțiune de secundă. Și dacă peretele este realizat dintr-un material refractar, criza se încheie cu o nouă stare staționară - peliculă care fierbe la o temperatură foarte ridicată a suprafeței de schimb de căldură și, în consecință, la o nouă valoare foarte mare a diferenței de temperatură Dt dintre peretele de temperatură și temperatura de saturație, care rămâne constantă, deoarece valoarea sa depinde doar de mărimea presiunii. Modul de fierbere cu bule (Fig. 14.2, A) și film (Fig. 14.2, b) este prezentată în fig. 14.2.

Orez. 14.2. Moduri de fierbere: a - bule, b - tranzitorie, c - film

Figura surprinde de asemenea (vezi Fig. 14.2, b) este momentul trecerii de la fierbere cu bule la fierbere în peliculă. În modul de fierbere a filmului, transferul de căldură de la suprafața de încălzire la lichid se realizează prin conducție termică și transfer de căldură convectiv în pelicula de vapori, precum și prin radiație prin filmul de vapori. Pe măsură ce temperatura suprafeței de încălzire crește (și, în consecință, crește Dt), o parte din ce în ce mai mare a căldurii este transferată în lichid datorită radiației. Intensitatea transferului de căldură în regimul de fierbere al filmului este scăzută. Vaporii care se acumulează în pelicula de vapori se desprind periodic sub formă de bule mari în pulsații.

Graficul 14.3 prezintă regimurile de fierbere cu bule și pelicule. Din grafic se poate observa că nu există o tranziție lină de la un mod la altul. Dacă creștem densitatea fluxului de căldură, aceasta duce la o creștere a intensității transferului de căldură, dar, în același timp, temperatura suprafeței (și, în consecință, Dt) crește ușor. Creșterea încărcăturii termice peste limita admisă provoacă o criză de fierbere. Această tranziție de criză din fig. 14.3 este indicat printr-o săgeată și are loc ca un salt de la curba de fierbere nucleată la linia de fierbere a filmului la aceeași valoare a sarcinii termice qcr1. De obicei, criza de fierbere se termină cu îndreptarea (arderea) suprafeței de încălzire.

Orez. 14.3. Dependența sarcinii termice critice de ∆t

Cu toate acestea, dacă suprafața nu este distrusă și se stabilește regimul de fierbere al filmului, atunci o scădere a densității fluxului de căldură nu va da un rezultat rapid, iar regimul filmului va fi păstrat. Cu o scădere a fluxului de căldură, procesul va avea loc de-a lungul liniei de fierbere a filmului. Și numai dacă reducem sarcina la valoarea qcr2, vor exista condiții prealabile pentru schimbarea regimului. Această schimbare de regim are și un caracter de criză și se numește a doua criză în fierbere. Când sarcina termică este redusă la valoarea qcr2, lichidul în anumite puncte începe să atingă suprafața de schimb de căldură, ceea ce crește îndepărtarea căldurii de pe suprafață, ceea ce duce la o răcire rapidă a suprafeței de încălzire. Are loc schimbarea regimurilor și se stabilește fierberea nucleată. Această tranziție inversă este, de asemenea, efectuată prin „sărituri” de-a lungul săgeții de la curba de tip film la linia de fierbere nucleată la qcr2. Pentru apa la presiunea atmosferică, valoarea densității critice a fluxului termic este egală cu qcr2 = 25000 W/m2.

Deci, ambele tranziții: de la bubble la film și înapoi sunt de natură de criză. Ele apar la fluxurile de căldură qcr1 și, respectiv, qcr2. În aceste condiții, modul de tranziție al fierberii nu poate exista staționar, deoarece trecerea are loc aproape instantaneu, într-o fracțiune de secundă.

În practică, fierberea unui lichid care se mișcă în interiorul țevilor sau canalelor de diferite forme este utilizată pe scară largă. Datorită mișcării unui fluid într-un volum limitat, apar noi caracteristici. Desfăşurarea procesului este influenţată de viteza deplasării forţate a amestecului lichid sau abur-apă şi de structura fluxului bifazic. Natura mișcării unui amestec de apă și abur în interiorul conductelor este prezentată în (Fig. 14.4)

Orez. 14.4. Natura mișcării amestecului de abur-apă în conducte

În funcție de conținutul de abur, viteza amestecului și amplasarea țevilor în spațiu, natura mișcării poate fi sub forma unei emulsii omogene (vezi Fig. 14.4a) sau sub formă de fluxuri independente de apă. și abur (vezi Fig. 14.4 b, 14.4d).

Dacă conducta este amplasată vertical, atunci un flux independent de abur se va deplasa de-a lungul axei conductei, în centru, iar o peliculă de apă se va deplasa de-a lungul periferiei, de-a lungul peretelui conductei. Cu un aranjament orizontal al țevilor, aburul se mișcă în partea de sus a țevii, apa - în partea de jos.

Datele experimentale despre fierbere au fost rezumate de D.A. Labuntsov. El a propus o ecuație de criteriu pentru calcularea transferului de căldură în timpul fierberii nucleate.

unde este criteriul Nusselt care caracterizează transferul de căldură în timpul fierberii la interfața perete-lichid;

Criteriul Reynolds care caracterizează starea forțelor de inerție și a forțelor de vâscozitate în timpul fierberii;

Dimensiunea liniară caracteristică proporțională cu diametrul de separare al bulei, m;

Viteza de fierbere, m/s;

Cp este capacitatea termică a lichidului, kJ/(kg K);

r este căldura de vaporizare, kJ/kg;

s - tensiunea superficială, N/m;

r", r"" - densitatea lichidului și a vaporilor la o temperatură de saturație dată, kg/m 3 ;

Ts este valoarea absolută a temperaturii de saturație, K.

Valorile constantelor C și n sunt luate egale cu:

Valorile tuturor parametrilor fizici incluși în criteriile de similaritate trebuie luate la o anumită temperatură de saturație. Datorită complexității și greutății calculelor pentru determinarea coeficientului de transfer termic folosind ecuația criteriu (14.2), în practică, pentru a calcula coeficientul de transfer termic în modul de fierbere nucleat, dependența obținută prin fierberea apei de către M.A. Mihai:

unde q este densitatea fluxului de căldură la suprafață, W/m2;

p - presiunea absolută a vaporilor, Pa.

Fierberea cu bule se caracterizează printr-o intensitate ridicată a transferului de căldură și, în consecință, prin posibilitatea de a elimina fluxuri de căldură semnificative de pe o suprafață unitară, limitată doar de valoarea fluxului critic de căldură qcr1. Valoarea lui qcr1 conform convenției naturale pe țevi și plăci orizontale poate fi determinată din formula:

În modul de fierbere a filmului, lichidul care fierbe este separat de suprafața de încălzire printr-un film de vapori. Prin urmare, temperatura suprafeței tc este mult mai mare decât temperatura de saturație ts. Datorită temperaturilor ridicate ale suprafeței de schimb de căldură, are loc un transfer de căldură radiantă între aceasta și lichid. Intensitatea transferului de căldură convectiv în timpul fierberii filmului este determinată de rezistența termică a peliculei de vapori. Natura mișcării vaporilor în film și grosimea acesteia depind de dimensiunea și forma suprafeței de încălzire și de locația acesteia în spațiu. Calculul transferului de căldură în timpul fierberii filmului pe țevi orizontale poate fi efectuat în funcție de dependență

Toți parametrii fizici din această formulă (cu excepția densității lichidului r") se referă la faza potrivită. Aceștia trebuie aleși în funcție de temperatura medie a vaporilor.

Cu filmul care fierbe pe suprafața țevilor verticale, datele experimentale sunt rezumate de D.A. Labuntsov:

Proprietățile fizice ale aburului de aici ar trebui, de asemenea, alese în funcție de temperatura medie a aburului.

Fierberea este procesul de vaporizare care are loc la temperatura de fierbere (saturare) în grosimea lichidului. În acest caz, căldura tranziției de fază este absorbită, drept urmare, pentru a menține procesul, este necesar să se furnizeze în mod continuu căldură, adică. fierberea este asociată cu transferul de căldură. La fierbere, faza de vapori se formează sub formă de bule. Într-un lichid încălzit care nu fierbe, în absența curgerii forțate, căldura este transferată prin stratul limită prin convecție liberă și conducție a căldurii. În timpul fierberii, transferul masei de materie și căldură din stratul limită la volumul de lichid se realizează și prin bule de vapori, care, ridicându-se, provoacă amestecarea intensă a lichidului și turbulența stratului limită. furnizate de obicei prin suprafața de schimb de căldură, pe această suprafață apar și bule. Dacă suprafața este scufundată într-un volum mare de lichid, a cărui mișcare forțată este absentă, atunci un astfel de proces se numește fierbere într-un volum mare. În ingineria termoenergetică, procesele de fierbere se întâlnesc cel mai adesea pe suprafața de încălzire (suprafețele țevilor, pereții cazanului etc.).

moduri de fierbere. Există două regimuri de fierbere: un regim de bule, când se formează aburul la suprafață sub formă de bule separate care apar periodic și un regim de fierbere în film, când numărul de bule de lângă suprafață devine atât de mare încât se contopesc într-un singur vapor. film, prin care căldura de la suprafața încălzită este transferată la volumul conductibilității termice a lichidului. Deoarece coeficientul de conductivitate termică al aburului este de aproximativ 30 de ori mai mic decât cel al apei, rezistența termică a conductibilității termice prin filmul de vapori crește brusc, ceea ce poate duce la arderea suprafeței de schimb de căldură. Prin urmare, acest mod nu este permis în centralele termice.

Condiții necesare pentru ca procesul de fierbere să aibă loc. Pentru apariția fierberii, sunt necesare și suficiente două condiții: prezența supraîncălzirii lichidului în raport cu temperatura de saturație la presiunea lichidului și prezența centrelor de vaporizare, care pot fi diferite incluziuni în lichide (particule solide și bule de gaz), precum și ca depresiuni și depresiuni pe suprafața de schimb de căldură, care se asociază cu rugozitatea.

Lăsați lichidul să fie într-un vas cu fundul încălzit. Dacă lichidul fierbe, atunci temperatura vaporilor deasupra lichidului este de . Temperatura în lichid în sine este întotdeauna puțin mai ridicată. Pe măsură ce te apropii de fundul încălzit, temperatura practic nu se schimbă. Numai în imediata apropiere a fundului crește brusc la .

Din figură rezultă că cea mai mare supraîncălzire () se observă la suprafața de schimb de căldură, dar există și centre de vaporizare sub formă de rugozitate. Aceasta explică de ce se formează bule exact pe suprafața de schimb de căldură.

Pentru ca bula să se dezvolte, i.e. crește în volum datorită evaporării lichidului de pe suprafața bulei în ea, presiunea vaporilor din acesta trebuie să fie mai mare decât presiunea datorată lichidului din jur și forța tensiunii superficiale.

Presiunea și temperatura de saturație sunt strâns legate: cu cât presiunea este mai mare, cu atât temperatura de saturație este mai mare. Din aceasta devine clar de ce una dintre condițiile pentru apariția fierberii (formarea bulelor de vapori) este supraîncălzirea lichidului. Volumul bulei crește până când forța de plutire care tinde să o rupă este mai mare decât forțele care o mențin la suprafață. Dimensiunea bulei în momentul separării ei este caracterizată de diametrul de separare. Bula detașată se mișcă în sus, continuând să crească în volum. La interfața lichid-vapori, bula izbucnește.

Deoarece bulele apar, cresc și se desprind pe suprafața de schimb de căldură, ele distrug astfel stratul limită, care este principala rezistență termică. Prin urmare, transferul de căldură în timpul fierberii este un proces extrem de intens. Pentru apă, de exemplu, coeficientul atinge (10 ... 40) 10 3 W / (m 2 × K).

În timpul procesului de fierbere, suprafața de schimb de căldură intră în contact parțial cu faza de vapori, parțial cu faza lichidă. Dar prin urmare, căldura este transferată în principal către mediul lichid, adică. trece la supraîncălzire și abia atunci lichidul supraîncălzit se evaporă de pe suprafața bulelor în ele.

Figura arată dependența coeficientului de (supraîncălzirea lichidului).

Se pot distinge următoarele regiuni de fierbere. La diferențe de temperatură scăzute, transferul de căldură este determinat în principal de condițiile de convecție liberă, deoarece numărul de bule care se formează este mic și nu au un efect semnificativ asupra stratului limită - aceasta este regiunea de fierbere convectivă I. În această regiune , coeficientul de transfer de căldură este proporțional cu . Pe măsură ce supraîncălzirea lichidului crește, rugozitatea din ce în ce mai mică poate servi drept centre de vaporizare, iar acest lucru duce la creșterea numărului acestora și, în plus, crește frecvența separării bulelor în fiecare centru de vaporizare. Acest lucru determină o creștere a circulației în stratul limită, în urma căreia transferul de căldură crește brusc. Se instalează un regim dezvoltat de fierbere cu bule (regiunea II). proporţional.

Odată cu o creștere suplimentară a diferenței de temperatură (), numărul de bule devine atât de mare încât încep să fuzioneze, drept urmare o parte din ce în ce mai mare a suprafeței va intra în contact cu faza de vapori, a cărei conductivitate termică este mai mic decât cel al lichidelor. Prin urmare, transferul de căldură, după ce a atins un maxim, va începe să scadă (modul de tranziție III) până când se formează un film continuu de vapori care separă lichidul de suprafața de încălzire. Acest mod de fierbere se numește fierbere în film (regiunea IV). În acest din urmă caz, coeficientul este practic independent de .

Figura arată dependența obținută experimental a coeficientului de transfer de căldură de densitatea fluxului de căldură

când apa fierbe în volum mare în condiţii de convecţie liberă.

Din figură rezultă că odată cu creșterea densității fluxului de căldură crește coeficientul de transfer termic (secțiunea O - A). Această secțiune corespunde regimului de fierbere cu bule. La atingere

densitatea fluxului de căldură \u003d W / m 2, coeficientul de transfer de căldură scade brusc (linia A - D) - modul cu bule este înlocuit cu unul de film. Secțiunea D–D corespunde regimului de film. Fenomenul de tranziție a modului de fierbere cu bule în film se numește

prima criză de fierbere (). În timpul tranziției de la regimul de bule la regimul de film, diferența de temperatură crește semnificativ. Tranziția inversă de la fierbere film la fierbere nucleată are loc la o densitate a fluxului de căldură W / m 2 (linia B - C), care este de aproximativ 4 ori mai puțin. Fenomenul de trecere de la fierberea filmului la fierbere cu bule se numește a doua criză de fierbere (). Secțiunea curbei A - B caracterizează modul de tranziție, aici ambele moduri de bule și film pot coexista simultan pe diferite părți ale suprafeței de încălzire.

Distingeți între fierberea unui lichid pe o suprafață solidă de schimb de căldură, căreia îi este furnizată căldura din exterior, și fierberea în cea mai mare parte a lichidului.

La fierbere pe o suprafață solidă, în unele locuri se observă formarea unei faze de vapori pe această suprafață (conform lui H. Kuhling, coeficientul de transfer de căldură á - apă clocotită - un perete metalic este în intervalul de la 3500 la 5800 W / (m 2 ⋅K).

În timpul fierberii volumetrice, faza de vapori apare spontan (spontan) direct în cea mai mare parte a lichidului sub formă de bule de vapori individuale. Fierberea în vrac poate avea loc numai atunci când faza lichidă este supraîncălzită semnificativ în raport cu temperatura de saturație la o anumită presiune. De exemplu, o supraîncălzire semnificativă poate fi obținută prin depresurizarea rapidă a sistemului.

Din mecanismul de transfer de căldură în timpul convecției unui lichid monofazat, mecanismul de transfer de căldură în timpul fierberii nucleate diferă prin prezența unui transfer suplimentar al masei de materie și căldură prin bule de vapori din stratul limită în volumul lichid clocotit.

Pentru ca procesul de fierbere să aibă loc, trebuie îndeplinite două condiții:

Prezența supraîncălzirii lichidului în raport cu temperatura de saturație;

Prezența centrelor de vaporizare.

Supraîncălzirea lichidului are o valoare maximă direct la suprafața de schimb de căldură încălzită, deoarece există centre de vaporizare pe aceasta sub formă de neregularități individuale ale peretelui, bule de aer, particule de praf etc.

Fierberea, în care se formează aburul sub formă de bule care apar și cresc periodic, se numește fierbere nucleată.

Odată cu creșterea fluxului de căldură până la o anumită valoare, bulele de vapori individuale se îmbină, formând un strat continuu de vapori lângă perete, care se sparge periodic în volumul lichidului. Acest regim se numește fierbere film.

Transferul de căldură în timpul fierberii nucleate a unui lichid în condiții de mișcare liberă

Coeficientul de transfer termic conform D.A. Labuntsov:

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

unde: l este dimensiunea liniară caracteristică a bulei de vapori în momentul nucleării, în m.

Parametrii fizici incluși în criteriile de similaritate sunt determinați la temperatura de saturație.

Valorile constantelor la apa clocotita sunt:

la Re ≤ 0,01, C = 0,0625, n = 0,5;

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

Dependența este valabilă în intervalul de valori ale cantităților:

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

și la un conținut volumetric de vapori – â ≤ 70% pentru o gamă largă de presiuni de saturație (până la presiuni aproape critice).

Coeficientul de transfer termic conform M.A. Mihai:

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

unde P este presiunea apei în bar.

Dependența este aplicabilă pentru apă în domeniul de presiune 1 ÷ 40 bar (0,1-4,0 MPa).

Transferul de căldură în timpul fierberii cu bule în condiții de convecție forțată în conducte

În acest caz, intensitatea transferului de căldură este determinată de interacțiunea mișcării pulsatorii a lichidului datorită vaporizării și perturbațiilor care pătrund din volumul lichidului datorită convecției forțate. Formula de interpolare D.A. Labuntsov pentru transferul de căldură de la fierbere nucleată în condiții de convecție forțată în țevi are forma:

α/α w= 4α w/4α w + α q /α q, Unde:

α g este coeficientul de transfer de căldură calculat conform formulelor de fierbere dezvoltate (când viteza nu afectează transferul de căldură);

α w este coeficientul de transfer de căldură calculat folosind formulele pentru transferul de căldură convectiv al unui lichid monofazat (când q nu afectează transferul de căldură).

Dependenta aplicabila:

În intervalul de valori α q /α w de la 0,5 la 2,0, (când valoarea acestui raport este mai mică de 0,5 - α w = α, iar la o mai mare 2,0 - α q = α);

La conținuturi volumetrice medii de abur care nu depășesc 70% (în acest caz, coeficientul de transfer termic se referă la diferența de temperatură t c - t n).

Transferul de căldură în timpul fierberii filmului unui lichid

Fierberea filmului are loc în prezența unui număr mare de centre de vaporizare, în care bulele de vapori se îmbină, formând un strat continuu de vapori lângă suprafața de schimb de căldură, care se sparge periodic în volumul lichidului. În acest caz, lichidul este separat de suprafața încălzită printr-un strat de vapori. Fluxul de căldură către interfața de fază trece printr-un strat scăzut de abur conductiv termic. În timpul fierberii pe film a unui lichid în condiții de mișcare liberă, valoarea coeficientului de transfer de căldură se modifică puțin cu o modificare a valorii fluxului de căldură.

Prin pelicula de vapori, pe lângă căldura datorată convecției și conductibilității termice, trece și căldura radiantă. Prin urmare, coeficientul de transfer de căldură la fierberea filmului este influențat de radiația suprafeței de schimb de căldură, radiația suprafeței lichidului și radiația vaporilor. Ponderea transferului de căldură radiantă crește brusc pe măsură ce supraîncălzirea lichidului crește. Ambele forme de transfer de căldură - transferul de căldură convectiv și radiația - se influențează reciproc. Se manifestă prin faptul că vaporii formați din cauza radiațiilor conduc la o îngroșare a peliculei de vapori și la o scădere corespunzătoare a intensității transferului de căldură datorită convecției și conductivității termice.

În timpul fierberii filmului unui lichid saturat, fluxul de căldură îndepărtat de pe suprafața de încălzire este cheltuit nu numai pentru evaporarea straturilor de lichid situate la limita peliculei de vapori. O parte din căldura îndepărtată este, de asemenea, utilizată pentru supraîncălzirea vaporilor din film, deoarece temperatura medie a vaporilor din interiorul filmului este mai mare decât temperatura de saturație.

În timpul fierberii pe film a unui lichid subrăcit, căldura care trece prin pelicula de vapori de la suprafața de fierbere este transferată parțial către cea mai mare parte a lichidului prin convecție. Intensitatea transferului de căldură convectivă în volumul lichidului depinde de subrăcire și de viteza de circulație a lichidului.

În cazanele cu trecere o dată, apa de proces intră într-o stare subrăcită și iese sub formă de abur supraîncălzit. Într-un astfel de cazan, pe măsură ce curge amestecul abur-apă, coeficientul de transfer termic se modifică: conform legilor convecției unui debit monofazat la secțiunea de admisie; conform legilor convecției și fierberii regimului de bule în secțiunea intermediară; conform legilor de fierbere a regimului filmului la sectia de iesire. La fierberea filmului, transferul de căldură este mult mai mic decât la fierbere cu bule. Cu toate acestea, la presiuni mari, valoarea absolută a transferului de căldură devine semnificativă. Prin urmare, nu există o ardere a conductelor cazanului (arsură la suprafață); starea suprafetei de incalzire ramane controlata si in acest caz.

Coeficientul de transfer de căldură pentru mișcarea laminară a unui film de vapori pe un perete vertical conform V.P. Isachenko:

α \u003d С 4 √ (λ 3 n⋅ r ⋅ ρ n (ρ bine − ρ n) ⋅ g /(µ n⋅ ∆t ⋅ H)) , W/(m 2 ⋅K),

la t \u003d t n (temperatura de saturație a apei) și viteza la interfață - Wgr \u003d 0, factor constant C \u003d 0,667;

cu un gradient de viteză dw= 0, factor constant C = 0,943.

În primul caz, lichidul este nemișcat, în al doilea caz, viteza lichidului este egală cu viteza vaporilor la interfață.

Coeficientul de transfer de căldură pentru mișcarea laminară a unui film de vapori în timpul fierberii pe suprafața exterioară a unui cilindru orizontal conform V.P. Isachenko:

α \u003d С 4 √ (λ 3 n⋅ r ⋅ ρ n (ρ bine − ρ n) ⋅ g /(µ n⋅ ∆t ⋅ d)) , W/(m 2 ⋅K),

În acest caz, C este egal cu 0,53 (lichidul este staționar) și, respectiv, 0,72 (viteza lichidului este egală cu viteza vaporilor la interfață).

Dependențele date ale transferului de căldură în timpul mișcării laminare a unui film de vapori iau în considerare transferul de căldură peste secțiunea transversală a filmului prin conducție termică. Componenta radiantă (radiativă) a coeficientului de transfer termic (α p) trebuie determinată separat (a se vedea secțiunea 7.3.4.)

Coeficientul de transfer de căldură în timpul mișcării turbulente a unui film de vapori în timpul fierberii pe un perete vertical conform D.A. Labuntsov:

α = С ⋅ (λ/H)(Gr ⋅ Pr) G 1 /3 W / (m 2 ⋅K),

unde: aplicat la fierberea filmului, forța care determină mișcarea vaporilor în film este egală cu g*(ρ bine − ρ n); factor constant C = 0,25; proprietățile fizice se referă la temperatura medie a peliculei de vapori (așa cum este indicată de indicele „G”).

Criteriul Grashof are forma Gr = (gl 3 /ν n 2)*(ρ bine − ρ n)/ρ bine

Dependența este aplicabilă la (Gr ⋅ Pr) G ≥ 2 ⋅ 10 7 .