16 Теплообмен при кипении жидкости на твердой пов-ти и в трубах.

При кипении обычных жидкостей на металлических поверхно­стях нагрева средние отрывные диаметры пузырьков D_о при атмос­ферном давлении составляют примерно 1–2 мм.

При увеличении температурного напора (или теплового потока) постепенно начинает развиваться процесс слияния отдельных пузырьков с образованием больших вторичных пузырей и целых паровых «столбов». Около поверхности среднее объемное содержание пара возрастает до 60 – 80%. Однако, как показывают иссле­дования, в очень тонком поверхностном слое у самой стенки по-прежнему преобладает жидкая фаза. Термическое сопротивление этого слоя в основном и определяет интенсивность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении. Эффективная толщина слоя по мере увеличения тепловой нагрузки снижается, что приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи α при кипении принято относить к температурному напору

.

Экспериментальные данные показывают, что интенсивность теплоотдачи растет при увеличении плотности теплового потока и давления. Эта закономерность характерна для любых жидкостей, смачивающих поверхность нагрева.

Исследования показывают, что закономерность теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении практически не зависит от размеров и формы теплоотдающей поверхности. Вместе с тем опыты обнаруживают, что интенсивность теплообмена может меняться в зависимости от состояния, материала и чистоты поверхности нагрева. Влияние этих факторов на теплоотдачу проявляется в основном за счет изменения плотности центров парообразования. Улучшение теплоотдачи наблюдалось в ряде опытов при увеличении микрошероховатости металлической поверхности, а также при увеличении теплопроводности материала стенки.

При развитом кипении связь между α и q обычно может быть представлена в виде степенной зависимости с показателем степени около 2/3

.

Соответственно зависимость Δt от q определяется соотношением

,

где с – коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от от рода жидкости давления, а также в некоторой степени от поверхностных условий. Так, для воды .

В целом приведенные данные показывают, что для процесса пузырькового кипения характерны высокая интенсивность тепло­отдачи и возможность отвода с единицы поверхности весьма значительных потоков теп­лоты. Последние величины ограничены значением первой критической плотности теп­лового потока q_кр1.

Ограничение в процессе отвода теплоты объясняется тем, что при достижении определенной интенсивности парообразования ухудшаются условия подвода жидкости к отдельным участкам по­верхности нагрева. Жидкая пленка на этих участках начинает пе­риодически пересыхать. В итоге эффективная доля поверхности, участвующая в процессе отвода теплоты, уменьшается. Развитие такого процесса зависит от характера циркуляции жидкости и пара вблизи поверхности нагрева и интенсивности отвода паровых объе­мов от самой поверхности. Определенное влияние оказывают также условия смачивания, шероховатость и другие характеристики по­верхности.

При кипении жидкости на горизонтальных трубах и плитах в условиях свободного движения (большого объема) скорость от­вода пара от поверхности в основном определяется силой, вызы­ваемой ускорением свободного падения. Значения q_кр1 для этих условий могут рассчитываться по формуле

.