Міністерство освіти та науки України Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя
		Кафедра енергозбереження та енергетичного менеджменту
	МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
	до лабораторної роботи № 5 “Тепловіддача при кипінні води у великому об’ємі” з курсу “Технічна термодинаміка та тепломасообмін”
	Тернопіль – 2006

Укладач:	к.т.н., доц. Лучейко І. Д.
Рецензент:	к.т.н., доц. Зінь М. М.
Відповідальний за випуск:	зав.лаб. Гетманюк В. І.
Методичні вказівки розглянуті і затверджені на засіданні кафедри “Енергозбереження та енергетичного менеджменту”. Протокол № ___ від “___”______________200__ р.
Методичні вказівки схвалено і рекомендовано до друку методичною радою електромеханічного факультету Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. Протокол № ___ від “___”______________200__ р.

Лабораторна робота №5 Тепловіддача при кипінні води у великому об'ємі

Мета роботи. Експериментальне визначення залежності коефіцієнта тепловіддачі від щільності теплового потоку і температурного напору при бульбашковому і плівковому кипінні води на поверхні тіл у великому об'ємі.

Загальні відомості

Процес теплообміну при кипінні є виключно інтенсивним і знаходить широке застосування в різних областях сучасної техніки.

Кипіння рідини можливо у всьому інтервалі температур між критичною і потрійною точками речовини. Для виникнення процесу кипіння необхідні принаймні дві умови: повинні бути в наявності центри пароутворення і температура рідини повинна перевищувати температуру насичення. Центрами пароутворення можуть служити впадини на поверхні нагріву, бульбашки газу, тверді частинки в об'ємі рідини і т.д.

Розрізняють кипіння у великому об'ємі, тобто в умовах природної конвекції, і при вимушеному русі рідини. У даній лабораторній роботі вивчається теплообмін при кипінні у великому об'ємі.

На рис. 1 показана одержана в дослідах характерна залежність густини теплового потоку від температурного напору.

При невеликих температурних напорах (ділянка АБ) прогрів рідини недостатній для утворення активної парової фази і теплообмін здійснюється за рахунок природної конвекції. Із збільшенням температурного напору з'являються бульбашки пари, наступає режим бульбашкового кипіння (ділянка БВ на кривій кипіння). Зростання температурного напору в цьому режимі веде до збільшення кількості активних центрів пароутворення, більшій частоті відриву бульбашок пари від поверхні. При цьому різко зростає інтенсивність тепловіддачі від поверхні в порівнянні з конвекцією однофазної рідини. Коефіцієнт тепловіддачі у випадку кипіння води у великому об'ємі можна визначити по формулі

,

(1)

де – тиск, бар.

Подальше збільшення температурного напору приводить до зростання кількості пари і рідина на окремих ділянках починає відтіснятися від поверхні, відведення теплоти при цьому погіршується (ділянка ВГ), оскільки теплопровідність пари значно нижча, ніж теплопровідність рідини. При значенні температурного напору, відповідному точці Г, тепловий потік досягає мінімуму і на всій поверхні встановлюється плівкове кипіння. Ділянка ВГ відповідає так званій області перехідного кипіння.

Перехід від бульбашкового кипіння до плівкового (і навпаки) має велике практичне значення при виборі оптимальних температурних режимів роботи теплообмінних апаратів. Значення температурного напору, питомого теплового навантаження, коефіцієнта тепловіддачі, відповідні моменту переходу бульбашкового режиму кипіння в плівковий і назад, називають критичними.

Інтенсивність теплообміну при бульбашковому кипінні дозволяє відвести від поверхні нагріву значні теплові потоки при відносно невеликих температурних напорах між стінкою і рідиною.

На рис. 2 показана залежність коефіцієнта тепловіддачі при кипінні від густини теплового потоку. Крива ОА відповідає режиму бульбашкового кипіння, крива БГ – режиму плівкового кипіння. Точка А визначає критичні параметри. Якщо теплове навантаження перевищує критичне, спостерігається різкий перехід від бульбашкового режиму кипіння до плівкового, причому тепловіддача різко зменшується (лінія АВ). Проте повернення до режиму бульбашкового кипіння відбувається при значно менших теплових навантаженнях (точка Б і лінія БД), тобто досліди виявляють гістерезис при переході від плівкового кипіння до бульбашкового.

Зміна механізмів (закономірностей) тепловіддачі на початку переходу від бульбашкового кипіння до плівкового або від плівкового до бульбашкового називається кризою тепловіддачі при кипінні. Максимально можлива густина теплового потоку при бульбашковому кипінні називається першою критичною густиною теплового потоку (рис.і2). Якщо тепловий потік має густину, що перевищує значення першої критичної, то чиста форма бульбашкового кипіння неможлива. Мінімально можлива (за даних умов) щільність теплового потоку при плівковому кипінні називається другою критичною густиною теплового потоку . Коли густина теплового потоку менше другої критичної, чиста форма плівкового кипіння неможлива.

Розглянуті режими теплообміну відповідають умовам кипіння насиченої рідини. На практиці доводиться зустрічатися і з кипінням рідини у разі, коли її температура зовні шару, прилеглого до поверхні нагріву, нижче температури насичення. Такий процес називається кипінням рідини з недогріванням або поверхневим кипінням і частіше має місце при вимушеному руху рідини в каналах.