Tento typ prenosu tepla sa vyznačuje vysokou intenzitou a vyskytuje sa v chemická technológia napríklad pri vykonávaní takých procesov, ako je odparovanie, destilácia kvapalín, vo výparníkoch chladiacich jednotiek a pod. Proces prenosu tepla pri vare je veľmi zložitý a doteraz nie je dostatočne prebádaný. veľké množstvo uskutočnil výskum.
Pre vznik varu je v prvom rade potrebné, aby teplota kvapaliny bola nad teplotou nasýtenia a tiež je potrebná prítomnosť centier vyparovania. Rozlišujte medzi varom na vykurovacej ploche a varom v objeme kvapaliny. Prvý typ varu je spôsobený prívodom tepla do kvapaliny z povrchu, ktorý je s ňou v kontakte. Varenie v objeme kvapaliny je spôsobené prítomnosťou interné zdroje teplo alebo výrazné prehriatie kvapaliny, ku ktorému dochádza napríklad pri náhlom poklese tlaku (pod rovnovážny stav). Najdôležitejším typom varu v chemickej technológii je povrchový var.
Na prenos tepla zo steny do vriacej kvapaliny musí byť stena prehriata vzhľadom na teplotu nasýtenia tejto kvapaliny. Na obr. 11-9 je znázornená typická závislosť súčiniteľa prestupu tepla a merného tepelného zaťaženia od teploty5
tlak pri vare kvapaliny Δt= tst -tboil (tst, tboil - resp. teplota steny zo strany vriacej kvapaliny a teplota varu). V oblasti AB je prehriatie kvapaliny malé (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.
Vysoká intenzita prestupu tepla v bublinkovom varnom režime sa vysvetľuje tým, že turbulencia hraničnej vrstvy y, povrchu steny je úmerná počtu a objemu parných bublín vytvorených v mikrodutinách na vykurovacej ploche. V oblastiach blízko centier vyparovania sa časť kvapaliny vyparuje a vytvárajú bubliny pary, ktoré stúpajúc a zväčšujúc svoj objem strhávajú značné množstvo kvapaliny. Unášaná a odparená kvapalina je nahradená čerstvými prúdmi, čím vzniká intenzívna cirkulácia kvapaliny v blízkosti vykurovacej plochy, čo vedie k výraznému zrýchleniu procesu prenosu tepla. V bode C dosahuje súčiniteľ prestupu tepla maximálna hodnota zodpovedajúce maximálnemu špecifickému tepelnému zaťaženiu (bod O). S ďalším zvýšením Δt sa pozoruje prudký pokles koeficientu prestupu tepla. Vysvetľuje sa to tým, že pri určitej - kritickej - hodnote Δt = Δt kr vzniká koalescencia (spájanie) bublín vytvorených blízko seba. V tomto prípade hodnota l na obr. sa stáva menším ako je priemer parných bublín a v blízkosti povrchu steny sa objaví parný film, ktorý vytvára dodatočný tepelný odpor procesu prenosu tepla. Koeficient prestupu tepla prudko klesá (desaťkrát). Samozrejme, výsledný film pary je nestabilný, neustále sa ničí a znova sa objavuje, ale v konečnom dôsledku to vážne zhoršuje prenos tepla. Tento režim varu sa nazýva film. Je celkom zrejmé, že režim varu filmu je krajne nežiaduci.
Hodnoty teplotného rozdielu, koeficient prestupu tepla a špecifické tepelné zaťaženie zodpovedajúce prechodu z bublinkového režimu do filmového režimu sa nazývajú kritické.
Parná bublina sa tvorí v mikrodutinách vykurovacej plochy. Po dosiahnutí určitého priemeru sa bublina odtrhne od povrchu. Na dobre navlhčených povrchoch sa bublina odtrhne od vykurovacej plochy v tvare gule. Pri stúpaní bublina zväčšuje svoj objem v dôsledku vyparovania kvapaliny vo vnútri bubliny, splošťuje sa a nadobúda tvar hríbu so zložitou dráhou stúpania. V tomto prípade dochádza k nepretržitému drveniu a spájaniu bublín. Moment oddelenia bubliny zodpovedá stavu rovnosti Archimedovej sily pôsobiacej na bublinu a sily povrchového napätia kvapaliny, ktorá drží bublinu na stene. Ak predpokladáme, že bublina, keď sa vytvorí na povrchu steny, má tvar blízky guľovému, potom v momente oddelenia je hodnota do vyjadrená závislosťou
kde pzh a pp sú hustota kvapaliny a pary; σ povrchové napätie kvapaliny na rozhraní; β-kontaktný uhol
Prenos tepla pri bublinkovom vare teda pozostáva z prenosu tepla zo steny do kvapaliny a potom sa teplo prenáša kvapalinou vnútorný povrch bubliny vo forme tepla vyparovania. Prestup tepla zo steny priamo do bubliny je zanedbateľný, pretože kontaktná plocha bublín so stenou je veľmi malá a tepelná vodivosť pary je tiež nízka. Aby sa teplo z kvapaliny prenieslo do bublín pary, kvapalina musí mať teplotu o niečo vyššiu ako je teplota pary. Preto je kvapalina pri vare trochu prehriata vzhľadom na teplotu nasýtená para nad povrchom vriacej kvapaliny.
Rýchlosť prenosu tepla počas varu závisí od mnohých rôznych faktorov(fyzikálne vlastnosti kvapaliny, tlak, teplotný rozdiel, vlastnosti materiálu výhrevnej plochy a mnohé iné), je mimoriadne ťažké zohľadniť ich vplyv na proces a zredukovať ich na jedinú závislosť. komplex mnohých veličín, ktoré ovplyvňujú intenzitu odovzdávania tepla pri vare
10. Prenos tepla sálaním. komplexný prenos tepla. Môže sa prenášať cez akékoľvek médium vďaka prenosu energie magnetické vlny infračervená časť dosahu. Prenos tepla sálaním sa uskutočňuje pri prechode hmoty cez plynné prostredie, ktorá existuje medzi zónou viac a menej ohriateho plynu. V 1. rade vedú medzi telesami TV.
Toto je rovnica pre faktor pokrytia = 1. Ak vyžarujúci povrch úplne obklopuje absorbovaný,
Pri prenose tepla cez plynné médium sálanie sa intenzita tohto prenosu označuje ako mierna. T-x sa uskutočňuje len za podmienok prirodzenej konvekcie, t.j. spolu s prenosom tepla sálaním dochádza k prenosu tepla konvekciou. Celková intenzita prenosu tepla. Spoločný prenos tepla v dôsledku prenosu sálavého tepla a konvekcie sa nazýva komplexný prenos tepla.
Koniec práce -
Táto téma patrí:
Tepelné procesy a zariadenia. Typy prenosu tepla a výmeny tepla Pr.Prenos tepla z jedného telesa na druhé
Teplo sa prenáša v dôsledku x javov tepelnej vodivosti konvekcie a žiarenia, tepelnej vodivosti, prenosu tepla v dôsledku dvoch mikročastíc v plynoch.. prenos tepla môže byť sprevádzaný chladením alebo zahrievaním.
Ak potrebuješ doplnkový materiál k tejto téme, alebo ste nenašli čo ste hľadali, odporúčame použiť vyhľadávanie v našej databáze prác:
Čo urobíme s prijatým materiálom:
Ak sa tento materiál ukázal byť pre vás užitočný, môžete si ho uložiť na svoju stránku v sociálnych sieťach:
| pípanie |
Všetky témy v tejto sekcii:
Prenos tepla cez jednovrstvovú a viacvrstvovú stenu
Pre plochú jednovrstvovú stenu sú akceptované podmienky, potom je jej hrúbka mnohonásobne menšia ako šírka, dĺžka, výška. V tomto prípade pri stacionárnom prenose tepla je pole vnútorné. Steny môžu byť jednorozmerné,
Konvekčný prenos tepla. Fourier-Kirkhoffova rovnica
Konvekčný prenos tepla sa vyskytuje v tekutých médiách: plyny, kvapaliny, v dôsledku pohybu makročastíc s rôznymi termodynamickými potenciálmi. So zvýšením rýchlosti
Kritériá tepelnej podobnosti. Všeobecný tvar kriteriálnych rovníc
Nu= -Nusseltovo kritérium, vyjadruje pomer celkovej intenzity prestupu tepla pri konvekčnom prestupe tepla k intenzite prestupu tepla tepelnou vodivosťou v hraničnej vrstve tohto chladiva.
Všeobecný tvar kriteriálnych rovníc
Nu=f(Pe,Pr,Re,Fo,Gr,...G1,G2..) A,n,m,s,p v danom príkladový koeficient. Def. Spôsob výberu pri spracovaní skúseností. údajov. -koeficient Prenos tepla 7. Odvod tepla, nesprevádzaný
Prenos tepla pri kondenzácii pary
Tento typ prenosu tepla prebieha so zmenou stav agregácie chladiace kvapaliny. Zvláštnosť tohto procesu spočíva predovšetkým v tom, že teplo sa dodáva alebo odvádza pri konštantnej teplote.
Základná rovnica prenosu tepla. Pravidlo aditívnosti pre tepelné odpory
Pri priamom kontakte chladiva prenos tepla zahŕňa prenos tepla v jednom chladive a prenos tepla v druhom chladive.Celková intenzita procesu je charakterizovaná
Vykurovacie prostriedky a spôsoby ich použitia
Spaliny sa už dlho používajú ako vykurovacie činidlá. Hlava technológie spaľovania spalín. Od charakteru spaľovaného paliva. Ako oxidačné činidlo sa zvyčajne používa kyselina.
Chladivá a spôsoby ich použitia
Chladenie na bežné teploty (asi do 10-30 ⁰С) najdostupnejšie a lacné chladiace prostriedky - vzduch a voda. V porovnaní so vzduchom je voda
Overovací výpočet výmenníka tepla
Overovací výpočet výmenníka tepla so známou teplovýmennou plochou spočíva spravidla v určení množstva odovzdaného tepla a konečných teplôt teplonosných látok pri ich daných
Stanovenie súčiniteľa prestupu tepla m-dom postupných aproximácií vo výpočtoch výmenníkov tepla
Stanovenie súčiniteľa prestupu tepla sa vykonáva v overovacom výpočte, ktorý sa vykonáva za účelom zistenia vhodnosti výmenníka tepla. 1-v súlade s vybraným výmenníkom tepla určiť skutočné
Zmiešavacie výmenníky tepla
AT chemický priemysel zvyčajne nie je potrebné získavať čistý kondenzát pary pre jeho následné použitie. Preto sú zmiešavacie kondenzátory rozšírené, jednoduchšie pri inštalácii.
Odparovanie
Odparovanie je koncentrácia roztokov prakticky neprchavých alebo málo prchavých látok v tekutých prchavých rozpúšťadlách. Roztoky sa podrobia odparovaniu pevné látky(vodné preteky
Materiálová bilancia odparovania
Na odparenie sa dodáva Gn kg/s počiatočného roztoku s koncentráciou xn. % a odstránil sa Gk kg/s oddestilovaného roztoku s koncentráciou xk
Teplota varu roztoku a strata teploty
Obvykle sú v jednonádobových výparníkoch známe tlaky primárneho ohrevu a sekundárnych pár a následne sa určujú aj ich teploty. Rozdiel medzi teplotami vykurovania a sekundárneho
Hnacia sila procesu
Celkový teplotný rozdiel viackazetovej prietokovej inštalácie je rozdiel medzi teplotou primárnej pary ohrievajúcej prvý plášť a teplotou sekundárnej pary vstupujúcej a
Tepelná rovnováha
D = prietok vykurovacej pary; I , Ig, Iн, Ik - entalpia sekundárnej a vykurovacej pary, počiatočného a jedného stripovaného roztoku; IP.k \u003d s
Spotreba pary na odparovanie. optimálny počet plášťov výparníka
Q=D(tD“-tD‘)=Drp(1-α), kde D je prietok vykurovacej pary; α-obsah vlhkosti v pare. Q \u003d GnCn (tcon-tn) + W (tw‘-Cvtcon) + Qstrata ± Qkoncentrácia, kde Cw je tepelná kapacita vody. Ekonomika výparníka
Postup výpočtu výparníka
1-úloha by mala obsahovať: adj. roztok, zloženie počiatočné riešenie, jeho množstvo (spotreba pôvodného roztoku, koncentrácia roztoku in-va (zloženie)). Na základe týchto údajov je možné vykonať výpočty materiálovej gule
Postup výpočtu pre viacnádobový výparník
Technologický výpočet viacnádobového vákuového výparníka sa vykonáva v nasledujúcom poradí. 1. Výpočet podľa rovnice Celkom W vody odparenej v závode,
Vertikálne hadicové fóliové stroje
Patria do skupiny zariadení pracujúcich bez obehu; proces odparovania sa uskutočňuje jedným prechodom kvapaliny pozdĺž rúrok kotla a roztok sa v nich pohybuje vo forme stúpania alebo klesania
Protiprúdový výparník
40. Procesy a zariadenia na prenos hmoty. V chemickej technológii sú rozšírené a dôležité
Desorpčné metódy
Desorpcia alebo stripovanie, teda uvoľňovanie rozpusteného plynu z roztoku, sa uskutočňuje jedným z nasledujúcich spôsobov: 1) v prúde inertného plynu, 2) odparením roztoku, 3) vo vákuu. Atď
Minimálna a optimálna spotreba absorbentu
Zmena koncentrácie v absorpčnom aparáte prebieha po priamke, a preto v súradniciach Y - X je pracovnou čiarou absorpčného procesu priamka s uhlom sklonu, ktorej dotyčnica
rýchlosť absorpcie. Intenzifikácia procesu pri absorpcii ťažko a vysoko rozpustných plynov
M = Ky·F·∆Yavg = Kx·F·∆Xavg hnacia sila vedie k zvýšeniu rýchlosti celého procesu, k zvýšeniu rozpúšťania a
Balené absorbéry
Rozšírené v priemysle v kvalite absorbérov, ktoré sa dostávajú zabalené, naplnené tryskou - pevné telesá rôznych tvarov. V plnenej kolóne (obr.) je náplň umiestnená na nosiči
Nepodarené činely
V etážach bez zvodičov prechádzajú plyn a kvapalina cez rovnaké otvory alebo štrbiny. V tomto prípade, spolu s interakciou fáz na platni, kvapalina odteká na podložnú platňu.
Bublinové tácky s odtokovým zariadením (sito, uzáver, ventil)
Sito dosky. Plyn prechádza cez otvory dosky a je distribuovaný v kvapaline vo forme malých prúdov a bublín. Pri nízkych rýchlostiach plynu môže cez otvory v nádobách presakovať kvapalina.
tryskové dosky
1-hydraulický zámok; 2-prepadová prepážka; 3-platnička; 4-doštičky; 5-odtokové vrecko. Z tryskových podnosov je najbežnejší tanierový podnos. Kvapalina
absorpčné požiadavky. Voľba absorbentu
Absorbovaný plyn sa nazýva absorbát (absorpčný) a kvapalina, v ktorej sa plyn rozpúšťa, sa nazýva absorbent. Plyny, ktoré sú prakticky nerozpustné, sa nazývajú inertné plyny. Požiadavky: 1.Vybrať
Postup výpočtu destilačnej kolóny (inštalácia)
Dané: prietoková rýchlosť kvapalnej zmesi, jej zloženie (podiel látok v destiláte, v destilačnom zvyšku. Tlak vykurovacej pary, počiatočná teplota zmesi. 1) Materiálová bilancia. Definovať: súvisí
sušiace činidlá. Výber sušiaceho prostriedku a režimu sušenia
Ako sušidlo sa môže použiť ohriaty vzduch, spaliny a ich zmesi so vzduchom, inertné plyny, prehriata para. Ak kontakt nie je povolený, vysušte
bubnová sušička
Bubnová sušička je valcový šikmý bubon 4 s dvoma pásmi Z, ktoré sa pri otáčaní bubna odvaľujú po nosných valcoch 6. Materiál pochádza zo zvýšeného konca tyče
komorová sušiareň
V takýchto zariadeniach sa sušenie materiálu vykonáva periodicky pri atmosférickom tlaku. Sušičky majú jednu alebo viac pravouhlých komôr, v ktorých je materiál na vozíkoch alebo poličkách
Pásové sušičky
Pásové sušičky. Jeden alebo viacero dopravníkových pásov sa často používa na nepretržitý pohyb materiálu, ktorý sa má sušiť v sušičke. V strojoch s jednou páskou,
Rozprašovacie sušičky
Na sušenie mnohých tekutých materiálov sa používajú sušičky fungujúce na princípe rozprašovania materiálu. Rozprašovacie sušičky schnú tak rýchlo, že materiál nestihne zahriať.
Postup výpočtu sušiča
1. Úloha: charakteristika materiálu, jeho zloženie, počiatočná vlhkosť, spôsob sušenia, konečná vlhkosť, produktivita (spotreba suroviny), miesto sušenia. 2. Výber povahy (druhu) pozemku
Návrhy adsorbérov s periodickým a kontinuálnym pôsobením
Adsorpčné procesy sa môžu uskutočňovať periodicky (v zariadeniach s pevným adsorbčným lôžkom) a kontinuálne - v zariadeniach s pohyblivým alebo fluidným adsorbčným lôžkom, ako aj v zariadeniach s pevným adsorbentom.
Počas varu, rovnako ako vo všetkých ostatných procesoch prenosu tepla, sa používa rovnica prenosu tepla (Newtonov zákon), ktorá stanovuje vzťah medzi teplotným rozdielom "stena - kvapalina" a tepelným tokom cez teplovýmennú plochu:
kde Q - tepelný tok, W; q=Q/F - hustota povrchu tepelný tok, W/m2; F - teplovýmenná plocha (steny), m2; je súčiniteľ prestupu tepla spriemerovaný na povrchu F, W/(m2K); - teplota teplovýmennej plochy (steny), 0С; - teplota nasýtenia kvapaliny pri danom tlaku, 0C.
V tomto prípade prehriatie steny pôsobí ako teplotný rozdiel:
kde T f, max je maximálne prehriatie kvapaliny, 0C.
Tepelný tok je teda úmerný ploche F teplovýmennej plochy a teplotnému rozdielu medzi stenou a kvapalinou.
Koeficient prestupu tepla
Koeficient prestupu tepla W / (m2K) je koeficient úmernosti v Newtonovom zákone, charakterizujúci intenzitu prestupu tepla. Hodnota súčiniteľa prestupu tepla pri vare závisí od Vysoké číslo rôzne faktory:
a) fyzikálne vlastnosti kvapaliny;
b) čistota kvapaliny;
c) jeho teplota a tlak;
d) geometrický tvar, rozmery a priestorová orientácia teplovýmennej plochy;
e) materiál a drsnosť (čistota spracovania) povrchu;
f) hodnoty prehriatia kvapaliny atď.
Preto je stanovenie koeficientu prestupu tepla počas varu veľmi náročná úloha. Existujú lokálne (v danom bode na povrchu) a priemerné hodnoty súčiniteľa prestupu tepla cez teplovýmennú plochu:
to znamená, že koeficient prestupu tepla sa číselne rovná tepelnému toku prenesenému cez jednotkovú teplovýmennú plochu pri teplotnom rozdiele 10C (1K).
Režimy varu (prenos tepla)
Mechanizmus varu a intenzita prestupu tepla závisia od veľkosti prehriatia steny. Existujú tri hlavné režimy varu: bublina, prechod a film.
V praxi je najbežnejším varom kvapaliny na pevnej teplovýmennej ploche, cez ktorú sa privádza tepelná energia.
Proces varu je špeciálny prípad konvekčného prenosu tepla, pri ktorom dochádza k dodatočnému prenosu hmoty a tepla bublinkami pary z vykurovacej plochy do objemu kvapaliny.
bublinový režim
Polomer medzipovrchu jadra bubliny je úmerný veľkosti mikrodrsnosti, ktorá ho tvorí na povrchu steny. Preto na začiatku bublinkového režimu varu, s miernym prehriatím kvapaliny, iba hlavné centrá odparovanie, pretože bubliny-jadrá malých centier majú polomer menší ako kritický.
So zvyšujúcim sa prehrievaním kvapaliny sa aktivujú menšie centrá odparovania, takže počet vytvorených bublín a frekvencia ich oddeľovania sa zvyšuje.
V dôsledku toho sa intenzita prenosu tepla extrémne rýchlo zvyšuje (obr. 3, oblasť 2). Súčiniteľ prestupu tepla dosahuje desiatky až stovky tisíc W / (m2K) (at vysoké tlaky).
Je to spôsobené vysokým špecifickým teplom fázový prechod a intenzívne miešanie kvapaliny rastom a oddeľovaním bublín pár. Režim bublinkového varu poskytuje najefektívnejší prenos tepla. Tento režim sa používa v parogenerátoroch tepelných a jadrové elektrárne, pri chladení motorov, konštrukčných prvkov energetických, hutníckych, chemických jednotiek pracujúcich pri vysokých teplotách. Prenos tepla v bublinkovom režime je úmerný množstvu aktívne centrá odparovanie a frekvencia oddeľovania bublín, ktoré sú zase úmerné maximálnemu prehriatiu 8 kvapalina a tlak. sila tohto priemerný koeficient prenos tepla možno vypočítať podľa vzorca:
kde C1, z, n sú empirické konštanty; ?Tw - prehrievanie steny, 0C; . - saturačný tlak (vonkajší tlak tekutiny), bar.
Vzorec sa používa pri výpočtoch varu zárodkov za okrajových podmienok prvého druhu.
Ryža. 3. Krivky prenosu tepla počas varu: 1 - konvekčná oblasť bez varu; 2 - oblasť varu jadier; 3- prechodový región; 4 - oblasť varu filmu; 5 - úsek varu filmu s významným podielom prenosu tepla sálaním; kr1, kr2 sú body prvej a druhej krízy varu.
Prvá vriaca kríza. prechodový režim
S ďalším zvýšením prehriatia (?Tw) sa intenzita prenosu tepla, dosahujúca maximum pri kritický bod"cr1" začína klesať (pozri obr. 3, oblasť 3) v dôsledku splývania stále väčšieho počtu bublín do škvŕn pary. Plocha parných škvŕn sa zväčšuje so zvyšujúcim sa ΔTw a nakoniec pokrýva celú stenu a mení sa na súvislý parný film, ktorý zle vedie teplo.
Dochádza teda k postupnému prechodu z bublinkového varu na filmový, sprevádzaný poklesom intenzity prenosu tepla. Začiatok takéhoto prechodu je tzv prvá kríza varu. Kríza sa chápe ako zásadná zmena v mechanizme varu a prenosu tepla.
Druhá vriaca kríza. Filmový režim
S ďalším zvýšením prehriatia (ΔTw) sa intenzita prestupu tepla, ktorá dosiahla minimum v druhom kritickom bode „cr2“, opäť začína zvyšovať v oblasti režimu varu filmu (pozri obr. 3, oblasti 4 a 5 ). Takáto zmena charakteru vplyvu prehriatia na prenos tepla sa nazýva druhá vriaca kríza.
V režime varu vo filme súvislý parný film odtláča kvapalinu od povrchu a podmienky prestupu tepla sa stabilizujú, pričom koeficient prestupu tepla prestáva klesať a zostáva prakticky konštantný. Tepelný tok sa podľa Newtonovho zákona (3) opäť začne zvyšovať v dôsledku zvýšenia teplotného rozdielu?Tw. Intenzita prenosu tepla v režime varu filmu je veľmi nízka, čo vedie k silnému prehriatiu teplovýmennej plochy.
Varenie vo veľkom objeme
Tepelný tok prenášaný z povrchu do vriacej vody možno jednoznačne spájať s teplotným rozdielom medzi stenou a kvapalinou:
kde je tepelný tok;
teplota steny;
priemerná teplota kvapaliny.
Táto závislosť charakterizuje prenos tepla z vykurovacej plochy do kvapaliny a nazýva sa krivka varu (obrázok 4).
Ryža. 4.
Je možné rozlíšiť päť charakteristických oblastí:
1. K veci. Konvekčná oblasť;
2. Medzi bodmi a. Oblasť nevyvinutých jadier varu. Vyznačuje sa zvýšením intenzity prenosu tepla v dôsledku prenosu výsledných bublín do jadra toku;
3. Medzi bodmi a. Oblasť rozvinutého varu jadier. Vyznačuje sa vysokou intenzitou prenosu tepla v dôsledku prenosu vzniknutých bublín do jadra prúdenia. Intenzita sa zvyšuje so zvyšujúcou sa hustotou bublín;
4. Medzi bodmi a. Oblasť varu nestabilného filmu. Vyznačuje sa „splývaním“ jednotlivých bublín v oblasti blízko steny. V dôsledku poklesu stredov odparovania, ako aj rastu parného filmu na vykurovacom povrchu sa prenos tepla znižuje;
5. Od bodu. Oblasť stabilného varu filmu. Vyznačuje sa pokrytím vykurovacej plochy súvislým parným filmom a v dôsledku toho nízkym prenosom tepla.
Túto krivku je možné získať zvýšením a udržaním teploty vykurovacej steny. V tomto prípade so zvyšujúcim sa nárastom sa postupne nahradí päť oblastí varu.
V prípade zvýšenia a udržania tepelného toku bude poradie zmeny režimov varu odlišné. Po prvé, režimy konvekcie nevriacej kvapaliny (do t.), povrchového varu (medzi bodmi i) a rozvinutého jadrového varu (medzi bodmi i) sa postupne nahrádzajú. S ďalším zvýšením tepelného toku sa vykurovacia plocha rýchlo pokryje parným filmom (z bodu do bodu), čo je sprevádzané zvýšením teploty a cez krátky čas, po dosiahnutí ustáleného stavu je var charakterizovaný vysokou teplotou steny (od bodu). Tento jav sa nazýva kríza prenosu tepla a tepelný tok, pri ktorom začína prudký nárast teplôt (-), sa nazýva prvý kritický tepelný tok alebo, častejšie, jednoducho, kritický tepelný tok.
Ak po dosiahnutí bodu tepelný tok začne klesať, potom sa režim varu filmu udržiava až do dosiahnutia bodu. V prípade ďalšieho poklesu tepelného toku sa režim varu filmu zmení na bublinkový (z bodu do bodu) a teplota vykurovacej plochy rýchlo klesá. Tepelný tok, pri ktorom sa režim varu filmu zmení na bublinu (-), sa nazýva druhý kritický tepelný tok.
Prenos tepla počas varu kvapaliny je široko používaný v lodnej energetike - ide o výrobu pary v hlavných a pomocných kotloch, jadrových reaktoroch, výparníkoch morská voda, vo výparníkoch a vzduchových chladičoch chladiacich jednotiek.
Rozlišuje sa var na pevnej teplovýmennej ploche, cez ktorú prechádza tepelný tok, a objemový var, kedy sa tepelný tok indukuje priamo do objemu kvapaliny.
V praxi je oveľa bežnejší typ varu kvapaliny v kontakte s teplovýmenným povrchom.
Var je proces intenzívnej tvorby pary za podmienky stáleho prísunu tepla. K varu dochádza, keď je kvapalina mierne prehriata, keď je teplota kvapaliny nad teplotou nasýtenia pri danom tlaku. Množstvo potrebného prehriatia závisí od fyzikálnych vlastností kvapaliny, jej čistoty, tlaku a tiež od stavu povrchu, ktorým teplo do kvapaliny prúdi. Čím je kvapalina čistejšia, tým viac sa musí prehriať, kým dôjde k varu. Vysvetľuje sa to obtiažnosťou spontánnej tvorby počiatočných nukleačných bublín pár v dôsledku potreby prekonať energiu vzájomnej príťažlivosti molekúl v kvapaline.
Ak je v kvapaline rozpustený plyn (napríklad vzduch) alebo malé suspendované častice, proces varu začne takmer okamžite potom, čo kvapalina dosiahne svoju teplotu nasýtenia. Bubliny plynu, ako aj pevné častice v kvapaline slúžia ako hotové počiatočné zárodky plynnej fázy.
Hodnota potrebného prehriatia sa zníži aj vtedy, ak teplovýmenná plocha (steny a dno nádoby, steny potrubia), cez ktorú sa tepelný tok dostáva do kvapaliny, má mikrodrsnosť. Keď sa cez takýto povrch privádza tepelný tok, na jednotlivých bodoch povrchu sa pozoruje tvorba bublín. Tieto body sa nazývajú VAPOR CENTRE. V tomto prípade proces varu začína vo vrstvách kvapaliny, ktoré sú v kontakte s teplovýmenným povrchom a majú s ním rovnakú teplotu. K tvorbe bublín pary dochádza v prehriatej hraničnej vrstve kvapaliny a len v centrách odparovania. Parné bubliny rastú, odtrhávajú sa od povrchu a plávajú.
Nie všetky bubliny sú však schopné ďalšieho rastu, ale iba tie, ktorých polomer presahuje hodnotu kritického polomeru jadra pary Rmin. Hodnota Rmin závisí od teploty povrchu a prudko klesá so zvyšujúcou sa teplotou steny. Preto zvýšenie tepelnej záťaže, ktorá spôsobuje zvýšenie povrchovej teploty, vedie k zvýšeniu počtu aktívnych centier odparovania a proces varu sa stáva intenzívnejší.
Všetko teplo vstupujúce do kvapaliny sa vynakladá na tvorbu pary:
kde r je teplo vyparovania, J/kg.
G"" - množstvo pary vytvorené počas varu, kg / s.
Povaha vývoja a oddeľovania bublín z teplovýmenného povrchu do značnej miery závisí od toho, či kvapalina povrch zmáča alebo nie. Ak vriaca kvapalina zmáča vykurovací povrch, potom bubliny pary majú tenkú nôžku a ľahko sa dostanú z povrchu. Ak kvapalina nezmáča povrch, potom bubliny pary majú širokú stopku a odíde iba horná časť bubliny.
Ryža. 14.1. Tvar bublín pary na mokrom povrchu (a)
a nezmáčané (b) povrchy
Rast bublín pred oddelením a ich pohyb po oddelení spôsobuje intenzívnu cirkuláciu a premiešavanie kvapaliny v medznej vrstve, čím sa prudko zvyšuje prenos tepla z výhrevnej plochy do kvapaliny. Tento spôsob varu sa nazýva bublinkový. Pri jadrovom vare je kontaktná plocha ramena bubliny s teplovýmennou plochou malá, a preto sa tepelný tok prenáša do kvapaliny takmer bez obmedzenia a vynakladá sa na odparovanie a mierne zvýšenie teploty v objeme kvapaliny. (napr. pre vodu pri atmosférickom tlaku je prehriatie v objeme zvyčajne 0,2 ... 0,4 °C). Pre prax je najväčší záujem o nukleárny var.
Odvod tepla v režime bublinkového varu je jednou z najpokročilejších metód chladenia vykurovacej plochy. Nájde široké uplatnenie v jadrové reaktory, pri chladení prúdových motorov, kedy teplovýmenná plocha pracuje s vysoká hustota tepelný tok.
V režime bublinkového varu sa v parogenerátoroch vyrába para a prevádzkuje sa hlavný a pomocný kotol.
Intenzita varu zárodkov závisí od hodnoty merného tepelného zaťaženia q, W/m 2 dodávaného na teplovýmennú plochu. Tepelný tok však nemožno zvyšovať donekonečna. So zvyšujúcim sa tepelným tokom sa počet aktívnych centier vyparovania neustále zvyšuje a je ich toľko, že jednotlivé bubliny sa môžu spájať do vrstvy pary, ktorá sa periodicky láme a výsledná para sa rozpadá do objemu varu. kvapalina. Tento spôsob varu sa nazýva filmový var. Vzhľad filmu namiesto jednotlivých bublín sa nazýva prvá kríza varu. Pre vodu pri atmosférickom tlaku nastáva kríza varu pri hustote tepelného toku q = 1,2 10 6 W / m 2, tento tepelný tok zodpovedá kritickej hodnote teplotného rozdielu Dtcr = 25 ... 35 ° C.
Príčina krízy varu je nasledovná. Koalescencia bublín, ktoré sa nestihli odtrhnúť od povrchu výmeny tepla, tvorba parného filmu mení podmienky výmeny tepla medzi kvapalinou a stenou. Stena, do ktorej je privádzaný tepelný tok, prestáva byť obmývaná kvapalinou, pretože je oddelená od kvapaliny parným filmom, a preto sa tepelný tok vstupujúci do steny prenáša len malá časť do para v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti pary sa zvyšok tepelného toku vynakladá na ohrev steny. Teplota steny stúpne o stovky stupňov za zlomok sekundy. A ak je stena vyrobená zo žiaruvzdorného materiálu, kríza končí novým ustálený stav- film vriaci pri veľmi vysoká teplota teplovýmennej plochy, a teda pri novej, veľmi vysokej hodnote teplotného rozdielu Dt medzi teplotnou stenou a teplotou nasýtenia, ktorá zostáva konštantná, pretože jej hodnota závisí len od hodnoty tlaku. Režim bublinkového varu (obr. 14.2, a) a film (obr. 14.2, b) je znázornený na obr. 14.2.
Ryža. 14.2. Režimy varu: a - bublina, b - prechodný, c - film
Obrázok tiež zachytáva (pozri obr. 14.2, b) je okamih prechodu z bublinkového do filmového varu. V režime varu filmu sa prenos tepla z vykurovacieho povrchu do kvapaliny uskutočňuje vedením tepla a konvekčným prenosom tepla v parnom filme, ako aj žiarením cez film pary. So zvyšujúcou sa teplotou vykurovacej plochy (a v dôsledku toho sa zvyšuje aj Dt), všetky väčšina teplo sa prenáša do kvapaliny žiarením. Intenzita prenosu tepla v režime varu filmu je nízka. Para nahromadená v parnom filme sa periodicky odlamuje vo forme veľkých bublín v pulzáciách.
V grafe 14.3 sú znázornené režimy varu bublín a filmu. Z grafu je vidieť, že nedochádza k plynulému prechodu z jedného režimu do druhého. Ak zvýšime hustotu tepelného toku, vedie to k zvýšeniu intenzity prenosu tepla, ale zároveň sa mierne zvýši aj povrchová teplota (a teda aj Dt). Zvýšenie tepelného zaťaženia prípustný limit spôsobuje vriacu krízu. Tento krízový prechod na obr. 14.3 je znázornená šípkou a vyskytuje sa ako skok z krivky varu zárodkov k čiare varu filmu pri rovnakej hodnote tepelného zaťaženia qcr1. Zvyčajne sa kríza varu končí narovnaním (vyhorením) vykurovacej plochy.
Ryža. 14.3. Závislosť kritického tepelného zaťaženia na ∆t
Ak sa však povrch nezničí a nastaví sa režim varu filmu, zníženie hustoty tepelného toku nespôsobí rýchle výsledky a režim filmu sa uloží. S poklesom tepelného toku bude proces prebiehať pozdĺž línie varu filmu. A len ak znížime záťaž na hodnotu qcr2, budú predpoklady na zmenu režimu. Táto zmena režimu má aj krízový charakter a nazýva sa druhá vriaca kríza. Pri znížení tepelného zaťaženia na hodnotu qcr2 sa kvapalina v niektorých bodoch začne dotýkať teplovýmennej plochy, čím sa zvýši odvod tepla z povrchu, čo vedie k rýchlemu ochladeniu výhrevnej plochy. Dochádza k zmene režimov a k zavedeniu jadrového varu. Tento spätný prechod sa tiež uskutočňuje "skokmi" pozdĺž šípky z filmovej krivky k čiare varu zárodkov pri qcr2. Pre vodu pri atmosférickom tlaku je to hodnota kritická hustota v tomto prípade sa tepelný tok rovná qcr2 = 25000 W / m2.
Takže oba prechody: z bubliny do filmu a späť sú krízového charakteru. Vyskytujú sa pri tepelných tokoch qcr1 a qcr2. Za týchto podmienok nemôže prechodový režim varu existovať stacionárne, pretože prechod nastáva takmer okamžite, v zlomku sekundy.
V praxi sa často používa varenie kvapaliny pohybujúcej sa vo vnútri rúr alebo kanálov rôznych tvarov. V dôsledku pohybu tekutiny v obmedzenom objeme vznikajú nové vlastnosti. Vývoj procesu je ovplyvnený rýchlosťou núteného pohybu kvapaliny alebo zmesi pary a vody a štruktúrou dvojfázového prúdenia. Charakter pohybu zmesi vody a pary vo vnútri potrubia je znázornený na (obr. 14.4)
Ryža. 14.4. Povaha pohybu zmesi pary a vody v potrubiach
V závislosti od obsahu pary, rýchlosti zmesi a umiestnenia rúrok v priestore môže byť charakter pohybu vo forme homogénnej emulzie (pozri obr. 14.4a) alebo vo forme nezávislých prúdov vody. a pary (pozri obr. 14.4 b, 14.4d).
Ak je potrubie umiestnené vertikálne, potom sa nezávislý prúd pary bude pohybovať pozdĺž osi potrubia v strede a vodný film sa bude pohybovať pozdĺž obvodu pozdĺž steny potrubia. o horizontálne usporiadanie potrubia, para sa pohybuje v hornej časti potrubia, voda - v spodnej časti.
Experimentálne údaje o vare zhrnul D.A. Labuntsov. Navrhol kriteriálnu rovnicu na výpočet prenosu tepla počas varu zárodkov.
kde je Nusseltovo kritérium charakterizujúce prenos tepla počas varu na rozhraní steny a kvapaliny;
Reynoldsovo kritérium charakterizujúce stav zotrvačných síl a viskozitných síl počas varu;
Charakteristická lineárna veľkosť úmerná separačnému priemeru bubliny, m;
Rýchlosť varu, m/s;
Cp je tepelná kapacita kvapaliny, kJ/(kg K);
r je teplo vyparovania, kJ/kg;
s - povrchové napätie, N/m;
r", r"" - hustota kvapaliny a pár pri danej teplote nasýtenia, kg/m 3 ;
Ts- absolútna hodnota saturačná teplota, K.
Hodnoty konštánt C a n sa rovnajú:
Hodnoty všetkých fyzikálnych parametrov zahrnutých do kritérií podobnosti by sa mali brať pri danej teplote nasýtenia. Vzhľadom na zložitosť a ťažkopádnosť výpočtov na určenie koeficientu prestupu tepla pomocou kriteriálnej rovnice (14.2), v praxi na výpočet koeficientu prestupu tepla v režime varu zárodkov, závislosť získaná prevarením vody podľa M.A. Micheev:
kde q je hustota povrchového tepelného toku, W/m2;
p - absolútny tlak pár, Pa.
Bublinový var sa vyznačuje vysokou intenzitou prestupu tepla a tým aj možnosťou odoberania významných tepelných tokov z povrchu jednotky, limitovanej len hodnotou kritického tepelného toku qcr1. Hodnotu qcr1 podľa prirodzenej konvencie na vodorovných potrubiach a obkladoch možno určiť zo vzorca:
V režime varu vo fólii je vriaca kvapalina oddelená od vykurovacieho povrchu filmom pary. Preto je povrchová teplota tc oveľa vyššia ako teplota nasýtenia ts. V dôsledku vysokých teplôt teplovýmennej plochy dochádza medzi ňou a kvapalinou k prenosu sálavého tepla. Intenzita prenosu tepla konvekciou počas varu filmu je určená tepelným odporom filmu pary. Charakter pohybu pary vo fólii a jej hrúbka závisí od veľkosti a tvaru vykurovacej plochy a jej umiestnenia v priestore. Výpočet prenosu tepla počas varu filmu na horizontálnych potrubiach sa môže vykonať podľa závislosti
Všetky fyzické parametre v tomto vzorci (s výnimkou hustoty kvapaliny r) označujú správnu fázu. Mali by byť zvolené podľa priemernej teploty pár
Pre varenie filmu na povrchu vertikálnych rúr sú zhrnuté experimentálne údaje D.A. Labuntsov:
Fyzikálne vlastnosti pary tu treba voliť aj podľa priemernej teploty pary.
Var je proces vyparovania, ku ktorému dochádza pri teplote varu (saturácie) v hrúbke kvapaliny. V tomto prípade dochádza k pohlcovaniu tepla fázového prechodu, v dôsledku čoho je pre udržanie procesu potrebné neustále dodávať teplo, t.j. varenie je spojené s prenosom tepla. Pri varení sa parná fáza vytvára vo forme bublín. V ohriatej nevriacej kvapaline pri absencii núteného prúdenia sa teplo prenáša cez hraničnú vrstvu voľnou konvekciou a vedením tepla. Počas varu sa prenos hmoty a tepla z hraničnej vrstvy do objemu kvapaliny uskutočňuje aj bublinami pary, ktoré stúpaním spôsobujú intenzívne premiešavanie kvapaliny a turbulenciu hraničnej vrstvy. dodávané cez teplovýmennú plochu, bublinky sa objavujú aj na tejto ploche. Ak je povrch ponorený do veľkého objemu kvapaliny, ktorej nútený pohyb chýba, potom sa takýto proces nazýva varenie v veľký objem. V tepelnej energetike sa s varnými procesmi najčastejšie stretávame na vykurovacej ploche (potrubné plochy, steny kotlov a pod.).
varné režimy. Existujú dva režimy varu: bublinkový režim, keď sa na povrchu tvorí para vo forme samostatných periodicky sa vynárajúcich bublín, a režim filmového varu, keď sa počet bublín pri povrchu natoľko zväčší, že sa zlúčia do jedinej pary. fólia, cez ktorú sa teplo z ohriateho povrchu prenáša na objem kvapalnej tepelnej vodivosti. Pretože súčiniteľ tepelnej vodivosti pary je asi 30-krát menší ako súčiniteľ tepelnej vodivosti vody, tepelný odpor tepelnej vodivosti cez parný film sa prudko zvyšuje, čo môže viesť k vyhoreniu teplovýmennej plochy. Preto tento režim nie je povolený v tepelných elektrárňach.
Podmienky potrebné na uskutočnenie procesu varu. Pre vznik varu sú potrebné a postačujúce dve podmienky: prítomnosť prehriatia kvapaliny vzhľadom na teplotu nasýtenia pri tlaku kvapaliny a prítomnosť centier odparovania, ktorými môžu byť rôzne inklúzie v kvapaline ( častice a plynové bubliny), ako aj priehlbiny a priehlbiny na povrchu výmeny tepla, čo je spojené s drsnosťou.
Tekutinu necháme v nádobe s vyhrievaným dnom. Ak kvapalina vrie, potom teplota pary nad kvapalinou je . Teplota v samotnej kvapaline je vždy o niečo vyššia. Keď sa priblížite k vyhrievanému dnu, teplota sa prakticky nemení. Len v bezprostrednej blízkosti dna sa prudko zvyšuje na .
Z obrázku vyplýva, že najväčšie prehrievanie () je pozorované na teplovýmennej ploche, ale existujú aj centrá vyparovania vo forme drsnosti. To vysvetľuje, prečo sa bubliny tvoria práve na povrchu výmeny tepla.
Aby sa bublina rozvinula, t.j. zväčšuje objem v dôsledku vyparovania kvapaliny z povrchu bubliny do nej, tlak pary v nej musí byť väčší ako tlak spôsobený okolitou kvapalinou a silou povrchového napätia.
Tlak nasýtenia a teplota nasýtenia sú spojené pevným vzťahom: než väčší tlak, čím vyššia je teplota nasýtenia. Z toho je zrejmé, prečo je jednou z podmienok pre vznik varu (tvorba bublín pary) prehriatie kvapaliny. Objem bubliny sa zväčšuje, kým vztlaková sila, ktorá má tendenciu ju odtrhnúť, je väčšia ako sily, ktoré ju držia na povrchu. Veľkosť bubliny v čase jej separácie je charakterizovaná separačným priemerom. Oddelená bublina sa pohybuje smerom nahor a naďalej zväčšuje svoj objem. Na rozhraní kvapalina-para bublina praskne.
Keďže bubliny vznikajú, rastú a oddeľujú sa na teplovýmennej ploche, ničia tým hraničnú vrstvu, ktorá je hlavným tepelným odporom. Preto je prenos tepla počas varu vysoko intenzívny proces. Napríklad pre vodu koeficient dosahuje (10 ... 40) 10 3 W / (m 2 × K).
Počas procesu varu je teplovýmenný povrch čiastočne v kontakte s plynnou fázou a čiastočne s kvapalnou fázou. ale 
, takže sa teplo prenáša tekuté médium, t.j. ide do jeho prehriatia a až potom sa prehriata kvapalina vyparí z povrchu bublín do nich.
Na obrázku je znázornená závislosť koeficientu od 
(prehriatie kvapaliny).
Je možné rozlíšiť nasledujúce oblasti varu. Pri nízkych teplotných rozdieloch je prestup tepla determinovaný najmä podmienkami voľnej konvekcie, nakoľko počet tvoriacich sa bublín je malý a výrazne neovplyvňujú hraničnú vrstvu - to je oblasť konvekčného varu I. V tejto oblasti je teplo prevodný koeficient je úmerný . S rastúcim prehrievaním kvapaliny môže ako centrá odparovania slúžiť stále menšia drsnosť, čo vedie k zvýšeniu ich počtu a navyše sa zvyšuje frekvencia oddeľovania bublín v každom odparovacom centre. To spôsobí zvýšenie cirkulácie v hraničnej vrstve, v dôsledku čoho sa prestup tepla prudko zvýši. Nastáva rozvinutý bublinkový režim varu (región II). proporcionálne.
S ďalším zvýšením teplotného rozdielu () sa počet bublín natoľko zväčší, že sa začnú zlučovať, v dôsledku čoho sa čoraz väčšia časť povrchu dostane do kontaktu s plynnou fázou, ktorej tepelná vodivosť je nižšia ako u tekutín. Preto prenos tepla po dosiahnutí maxima začne klesať (prechodné režim III), kým sa nevytvorí súvislý parný film, ktorý oddelí kvapalinu od vykurovacieho povrchu. Tento spôsob varu sa nazýva filmový var (oblasť IV). AT posledný prípad koeficient je prakticky nezávislý od .
Na obrázku je znázornená experimentálne získaná závislosť súčiniteľa prestupu tepla od hustoty tepelného toku
keď voda vrie vo veľkom objeme za podmienok voľnej konvekcie.
Z obrázku vyplýva, že so zvyšovaním hustoty tepelného toku sa zvyšuje súčiniteľ prestupu tepla (sekcia O - A). Táto časť zodpovedá režimu varu v bublinách. Po dosiahnutí
hustota tepelného toku \u003d W / m 2, koeficient prestupu tepla prudko klesá (čiara A - D) - bublinový režim je nahradený filmovým. Sekcia D–D zodpovedá filmovému režimu. Fenomén prechodu bublinkového režimu varu do filmu je tzv
prvá kríza varu (). Pri prechode z bublinkového režimu na filmový sa teplotný rozdiel výrazne zvyšuje. Spätný prechod z varu filmu do varu zárodkov nastáva pri hustote tepelného toku 
W/m 2 (riadok B - C), čo je asi 4-krát menej. Fenomén prechodu z varu vo filme do varu s bublinami sa nazýva druhá kríza varu (). Úsek krivky A - B charakterizuje prechodový režim, tu bublinový aj filmové režimy na rôznych častiach vykurovacej plochy.
Rozlišujte medzi varom kvapaliny na pevnej teplovýmennej ploche, na ktorú sa teplo privádza zvonka, a varom v objeme kvapaliny.
Pri vare na pevnom povrchu sa na niektorých miestach tohto povrchu pozoruje tvorba parnej fázy (súčiniteľ prestupu tepla á - vriaca voda - kovová stena je podľa H. Kuhlinga v rozmedzí od 3500 do 5800 W / (m 2 ⋅K).
Pri objemovom vare parná fáza vzniká spontánne (samovoľne) priamo v objeme kvapaliny vo forme jednotlivých bublín pár. Objemový var môže nastať len pri výraznom prehriatí. kvapalná fáza vzhľadom na teplotu nasýtenia pri danom tlaku. Výrazné prehriatie možno napríklad dosiahnuť rýchlym odtlakovaním systému.
Od mechanizmu prenosu tepla pri konvekcii jednofázovej kvapaliny sa mechanizmus prenosu tepla pri vare zárodkov líši v prítomnosti dodatočného prenosu hmoty hmoty a tepla bublinami pary z hraničnej vrstvy do objemu vriacou kvapalinou.
Aby došlo k varu, musia byť splnené dve podmienky:
Prítomnosť prehriatia kvapaliny vzhľadom na teplotu nasýtenia;
Prítomnosť centier odparovania.
Prehriatie kvapaliny má maximálna hodnota priamo na ohrievanú teplovýmennú plochu, keďže sa tu nachádzajú centrá vyparovania v podobe jednotlivých nerovností stien, vzduchových bublín, prachových častíc atď.
Var, pri ktorom sa tvorí para vo forme periodicky vznikajúcich a rastúcich bublín, sa nazýva nukleárny var.
So zvýšením tepelného toku na určitú hodnotu sa jednotlivé bubliny pary spájajú a vytvárajú súvislú vrstvu pary pri stene, ktorá periodicky preniká do objemu kvapaliny. Tento režim sa nazýva varenie filmu.
Prenos tepla počas varu jadier kvapaliny za podmienok voľného pohybu
Súčiniteľ prestupu tepla podľa D.A. Labuntsov:
α kip st. dv.= C ⋅ λ ⋅ Re n⋅ Pr 1/3 /l , W/m 2 ⋅K,
kde: l je charakteristická lineárna veľkosť bubliny pary v momente nukleácie, v m.
Fyzikálne parametre zahrnuté v kritériách podobnosti sa určujú pri teplote nasýtenia.
Hodnoty konštánt pri vriacej vode sú:
pri Re < 0,01, C = 0,0625, n = 0,5;
pri Re > 0,01, C = 0,125, n = 0,65.
Závislosť platí v rozsahu hodnôt veličín:
Re = 10-5 ÷ 10+4; Pr = 0,86 ÷ 7,6; W < 7 m/s;
a pri objemovom obsahu pary – â ≤ 70 % pre veľký rozsah saturačné tlaky (až po takmer kritické tlaky).
Súčiniteľ prestupu tepla podľa M.A. Micheev:
α kip st. dv.\u003d 33,4∆t 2,33 ⋅ R 0,5, W/m 2 ⋅K,
kde P je tlak vody v baroch.
Závislosť platí pre vodu v rozsahu tlaku 1 ÷ 40 bar (0,1-4,0 MPa).
Prenos tepla počas varu bubliniek v podmienkach nútenej konvekcie v potrubiach
V tomto prípade je intenzita prenosu tepla určená interakciou pulzujúceho pohybu kvapaliny v dôsledku vyparovania a porúch prenikajúcich z objemu kvapaliny v dôsledku nútenej konvekcie. Interpolačný vzorec D.A. Labuntsov na prenos tepla z varu jadier v podmienkach nútenej konvekcie v potrubiach má tvar:
α/α w= 4a w/4α w + α q /α q, kde:
α g je koeficient prestupu tepla vypočítaný podľa vyvinutých vzorcov varu (keď rýchlosť neovplyvňuje prenos tepla);
α w je koeficient prestupu tepla vypočítaný pomocou vzorcov pre konvekčný prenos tepla jednofázovej kvapaliny (keď q neovplyvňuje prenos tepla).
Uplatniteľná závislosť:
V rozsahu hodnôt α q /α w od 0,5 do 2,0 (keď je hodnota tohto pomeru menšia ako 0,5 - α w = α a pri väčšom 2,0 - α q = α);
Pri priemerných objemových obsahoch pary nepresahujúcich 70 % (v tomto prípade sa súčiniteľ prestupu tepla vzťahuje na teplotný rozdiel t c - t n).
Prenos tepla počas filmového varu kvapaliny
K varu filmu dochádza v prítomnosti Vysoké číslo centrá odparovania, v ktorých sa bubliny pary spájajú a vytvárajú súvislú vrstvu pary v blízkosti povrchu výmeny tepla, ktorá sa periodicky prediera do objemu kvapaliny. V tomto prípade je kvapalina oddelená od vyhrievaného povrchu vrstvou pary. Tepelný tok na fázové rozhranie prechádza cez nízko tepelne vodivú vrstvu pary. Pri filmovom vare kvapaliny v podmienkach voľného pohybu sa hodnota súčiniteľa prestupu tepla mení len málo so zmenou hodnoty tepelného toku.
Cez parný film okrem tepla v dôsledku konvekcie a tepelnej vodivosti prechádza aj sálavé teplo. Preto je koeficient prestupu tepla pri vare filmu ovplyvnený žiarením povrchu výmeny tepla, žiarením povrchu kvapaliny a žiarením pár. Podiel prenosu sálavého tepla sa prudko zvyšuje so zvyšujúcim sa prehriatím kvapaliny. Obidve formy prenosu tepla sú konvekčný prenos tepla a žiarenie - sa navzájom ovplyvňujú. Prejavuje sa tým, že para vznikajúca žiarením vedie k zhrubnutiu parného filmu a zodpovedajúcemu zníženiu intenzity prestupu tepla v dôsledku konvekcie a tepelnej vodivosti.
Pri vare filmu nasýtená kvapalina tepelný tok odvádzaný z výhrevného povrchu sa vynakladá nielen na odparovanie kvapalných vrstiev nachádzajúcich sa na hranici parného filmu. Časť odvedeného tepla sa používa aj na prehriatie pary vo fólii, pretože priemerná teplota pary vo fólii je vyššia ako teplota nasýtenia.
Počas filmového varu podchladenej kvapaliny sa teplo, ktoré prechádza cez film pary z povrchu varu, čiastočne prenáša na objem kvapaliny konvekciou. Intenzita prenosu tepla konvekciou do objemu kvapaliny závisí od podchladenia a rýchlosti cirkulácie kvapaliny.
V prietokových kotloch technologická voda vstupuje v podchladenom stave a vystupuje vo forme prehriatej pary. V takomto kotli sa pri prúdení zmesi pary a vody mení koeficient prestupu tepla: podľa zákonov konvekcie jednofázového prúdenia na vstupnej časti; podľa zákonov konvekcie a varu bublinkového režimu v medzisekcii; podľa zákonov varu filmového režimu na výstupnej časti. Pri varení vo fólii je prenos tepla oveľa menší ako pri vare s bublinkami. Avšak pri vysokých tlakoch absolútna hodnota prenos tepla sa stáva významným. Preto nedochádza k vyhoreniu rúr kotla (povrchové vyhorenie); stav vykurovacej plochy zostáva aj v tomto prípade kontrolovaný.
Súčiniteľ prestupu tepla pri laminárny pohyb parný film na zvislej stene podľa V.P. Isachenko:
α \u003d С 4 √ (λ 3 n⋅ r ⋅ ρ n (ρ dobre − ρ n) ⋅ g /(µ n⋅ ∆t ⋅ H)), W/(m 2 ⋅K),
pri t \u003d t n (teplota nasýtenia vodou) a rýchlosti na rozhraní - W gr \u003d 0, konštantný faktor C = 0,667;
s rýchlostným spádom dw= 0, konštantný faktor C = 0,943.
V prvom prípade je kvapalina nehybná, v druhom prípade sa rýchlosť kvapaliny rovná rýchlosti pary na rozhraní.
Koeficient prestupu tepla pre laminárny pohyb filmu pary počas varu pri vonkajší povrch vodorovný valec podľa V.P. Isachenko:
α \u003d С 4 √ (λ 3 n⋅ r ⋅ ρ n (ρ dobre − ρ n) ⋅ g /(µ n⋅ ∆t ⋅ d)), W/(m 2 ⋅K),
V tomto prípade sa C rovná 0,53 (kvapalina je stacionárna) a 0,72 (rýchlosť kvapaliny sa rovná rýchlosti pary na rozhraní).
Uvedené závislosti prestupu tepla pri laminárnom pohybe parnej fólie zohľadňujú prestup tepla cez prierez fólie vedením tepla. Sálavá (sálavá) zložka súčiniteľa prestupu tepla (α p) sa musí určiť samostatne (pozri časť 7.3.4.)
Koeficient prestupu tepla pri turbulentnom pohybe filmu pary počas varu na zvislej stene podľa D.A. Labuntsov:
α = С ⋅ (λ/H) (Gr ⋅ Pr) G 1/3 W / (m 2 ⋅K),
kde: pri aplikácii na varenie filmu sila, ktorá určuje pohyb pary vo filme, sa rovná g*(ρ dobre − ρ n); konštantný faktor C = 0,25; fyzikálne vlastnosti sa vzťahujú na priemernú teplotu filmu pary (ako je označené indexom „G“).
Grashofovo kritérium má tvar Gr = (gl 3 /ν n 2)*(ρ dobre − ρ n)/ρ dobre
Závislosť platí pri (Gr ⋅ Pr) G ≥ 2 ⋅ 10 7 .
