- •1.Основные понятия и определения конвективного теплообмена.
- •2.Диф. Уравнения конвективного теплообмна: уравнение теплоотдачи,энергии,движения,неразрывности.Условия однозначности.
- •3. Гидродинамический и тепловой пограничные слои.
- •4.Теория подобия.Метод масштабных преобразований.
- •5.Критерии подобия и критериальные уравнения.
- •6.Условия подобия физических процессов.
- •7.Средняя тем-ра.Определяющая тем-ра.Эквивалентный диаметр.
- •8.Теплоотдача при вынужденном омывании плоской пов-ти.
- •9.Особенности движения и теплообмена в трубах.
- •10.Теплоотдача при ламинарном и турбулентном течении жид-ти в трубах.
- •11.Теплоотдача при вынужденном омывании одиночной круглой трубы .
- •12.Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб.
- •13.Теплоотдача при свободном движении жид-ти в большом объеме.
- •14 Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
- •15 Общие представления о процессе кипения.Кризисы кипения.
- •16 Теплообмен при кипении жидкости на твердой пов-ти и в трубах.
- •17 Теплоотдача при капельной и пленочной конденсации
- •18 Факторы,влияющие на теплоотдачу при корденсациии.
- •19 Тепловое излучение. Осн понятия и определения.
- •21 Основные законы теплового излучения: законы Планка,Ламберта. Степень черноты.
- •22 Основные законы теплового излучения: законы Кирхгофа,Стефана-Больцмана. Степень черноты.
- •23 Основные понятия массообмена. Закон Фика
- •24 Испарение жидкости в парогазовую среду. Стефанов поток.
- •25 Анология между тепло- и массообменом.
14 Теплоотдача при свободном движении в ограниченном пространстве.
В ограниченном пространстве явления нагревания и охлаждения жидкости протекают вблизи друг от друга и разделить их невозможно; в этом случае весь процесс надо рассматривать в целом. Вследствие ограниченности пространства и наличия восходящих и нисходящих потоков здесь усложняются условия движения. Они зависят от формы и геометрических размеров, от рода жидкости и температурного напора.
В вертикальных каналах и щелях в зависимости от их толщины δ циркуляция жидкости может протекать двояко. Если толщина δ достаточно велика, то восходящий и нисходящий потоки протекают без взаимных помех и имеют такой же характер, как и вдоль вертикальной поверхности в неограниченном пространстве. Если же толщина δ мала, то вследствие взаимных помех внутри возникают циркуляционные контуры
В горизонтальных щелях процесс определяется взаимным расположением нагретых и холодных поверхностей и расстоянием между ними. Если нагретая поверхность расположена сверху, то циркуляция совсем отсутствует .Если же нагретая поверхность расположена снизу, то имеются и восходящие и нисходящие потоки, которые между собой чередуются
Для облегчения расчета такой сложный процесс конвективного теплообмена принято рассматривать как элементарное явление теплопроводности, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплопроводности λэкв. Если значение последнего разделить на коэффициент теплопроводности λ среды, то получим безразмерную величину , которая характеризует собой влияние конвекции и называется коэффициентом конвекции.
Так как циркуляция жидкости обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных частиц и определяется произведением Gr*Pr, то и должно быть функцией того же аргумента, т. е.
.
При малых значениях аргумента <10 значение функции = 1. Это означает, что при малых значениях перенос теплоты обуславливается только теплопроводностью жидкости.
При значениях 103<<106
(6.26)
и при 106<<1010
. (6.27)
Зная и λэкв плотность теплового потока через прослойку определится
. (6.28)
15 Общие представления о процессе кипения.Кризисы кипения.
Общие представления о процессе кипения. Кипением называют процесс образования пара внутри объема жидкости.
Для возникновения кипения всегда необходим некоторый перегрев жидкости, т. е. превышение температуры жидкости tж относительно температуры насыщения tc при заданном давлении р. Этот перегрев зависит от физических свойств жидкости, ее чистоты, давления, а также свойств граничных твердых поверхностей. Чем чище жидкость, тем более высоким оказывается начальный перегрев, необходимый для возникновения кипения. Теплота перегрева жидкости расходуется на парообразование, жидкость быстро охлаждается до температуры насыщения. Высокий начальный перегрев, необходимый для вскипания чистой жидкости, объясняется затрудненностью самопроизвольного образования внутри жидкости начальных маленьких пузырьков пара (зародышей) из-за значительной энергии взаимного притяжения молекул в жидкости.
Начальный перегрев снижается в том случае, когда стенки сосуда, в котором происходит нагревание жидкости, имеют адсорбированный на поверхности газ, микрошероховатость, а также различные неоднородности и включения, понижающие молекулярное сцепление жидкости с поверхностью. При подводе теплоты через такую поверхность образование пузырьков наблюдается в отдельных точках поверхности, так называемых центрах парообразования. Таким образом, процесс кипения в этом случае начинается в слоях жидкости, контактирующих с поверхностью и имеющих одинаковую с ней температуру
По мере увеличения температуры поверхности нагрева tс и соответственно температурного напора число действующих центров парообразования растет, процесс кипения становится все более интенсивным. Паровые пузырьки периодически отрываются от поверхности и, всплывая к свободной поверхности, продолжают расти в объеме. Последнее объясняется тем, что температура в объеме кипящей жидкости, как показывают опытные данные, не равна температуре насыщения, а несколько превышает ее. уравнение теплового баланса при кипении имеет вид
, (7.1)
где Q – тепловой поток, Вт; r – теплота фазового перехода жидкости, Дж/кг;
G" – количество пара, образующегося в единицу времени в результате кипения жидкости и отводимого от ее свободной поверхности, кг/с.
Тепловой поток Q при увеличении температурного напора Δt растет не беспредельно. При некотором значении Δt он достигает максимального значения, а при дальнейшем повышении Δt начинает уменьшаться. До момента достижения максимального теплового потока режим кипения называют пузырьковым. Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают qкр1.
При больших значениях Δt наступает второй, переходный режим кипения .Он характеризуется тем, что как и на самой поверхности нагрева, так и вблизи нее пузырьки непрерывно сливаются между собой, образуются большие паровые полости. Из-за этого доступ жидкости к самой поверхности постепенно все более затрудняется. В отдельных местах поверхности возникают «сухие» пятна; их число и размеры непрерывно растут по мере увеличения температуры поверхности. Такие участки как бы выключаются из теплообмена, так как отвод теплоты непосредственно к пару происходит существенно менее интенсивно. Это и определяет резкое снижение теплового потока и коэффициента теплоотдачи в области переходного режима кипения.
Наконец, при некотором температурном напоре вся поверхность нагрева обволакивается сплошной пленкой пара, оттесняющей жидкость от поверхности. Так наступает третий, пленочный режим кипения .Перенос теплоты в режиме пленочного кипения от поверхности нагрева к жидкости осуществляется путем конвективного теплообмена и излучения через паровую пленку. По мере увеличения температурного напора все большая часть теплоты передается за счет излучения. Интенсивность теплообмена в режиме пленочного кипения достаточно низкая. Паровая пленка испытывает пульсации; пар, периодически накапливающийся в ней, отрывается в виде больших пузырей. В момент наступления пленочного кипения тепловая нагрузка, отводимая от поверхности, и соответственно количество образующегося пара имеют минимальные значения. Минимальное значение тепловой нагрузки при пленочном кипении называется второй критической плотностью теплового потока qкр2.
Таким образом, при кипении жидкости на поверхности нагрева в зависимости от температурного напора могут наблюдаться три различных режима кипения.
Стационарное кипение в переходном режиме на практике может наблюдаться в том случае, когда температура поверхности нагрева поддерживается неизменной за счет контакта этой поверхности с внешней стороны с другим теплоносителем, имеющим более высокую температуру и значительную интенсивность теплоотдачи. Такие условия подвода теплоты можно кратко характеризовать как условия обогрева при tc= const. На практике, однако, часто встречаются также условия, когда к поверхности подводится фиксированный тепловой поток, т. е. q = const. В условиях q= const температура поверхности tc и соответственно температурный напор Δt зависят от режима кипения жидкости. Оказывается, что при таких условиях подвода теплоты переходный режим стационарно существовать не может. Вследствие этого процесс кипения приобретает новые специфические черты, имеющие важное прикладное значение. Рассмотрим их подробнее. При постепенном повышении тепловой нагрузки q температурный напор Δt возрастает в соответствии с линией пузырькового режима кипения и процесс развивается так же, как это было описано выше. Новые условия возникают тогда, когда подводимая плотность теплового потока достигает значения, которое соответствует первой критической плотности теплового потока qкр1. Теперь при любом незначительном (даже случайном) повышении величины q возникает избыток между количеством подводимой к поверхности теплоты и той максимальной тепловой нагрузкой qкр1, которая может быть отведена в кипящую жидкость. Этот избыток (q- qкр1) вызывает увеличение температуры поверхности, т. е. начинается нестационарный разогрев материала стенки. Температура поверхности tс оказывается более высокой по сравнению с tс. кр1 , на поверхности устанавливается переходный режим кипения, и отвод теплоты начинает снижаться. В итоге разность между подводимым и отводимым количеством теплоты быстро нарастает во времени. Соответственно увеличивается скорость разогрева поверхности. Развитие процесса приобретает кризисный характер. За доли секунды температура материала поверхности нагрева возрастает на сотни градусов, и лишь при условии, что стенка достаточно тугоплавкая, кризис заканчивается благополучно новым стационарным состоянием, отвечающим области пленочного кипения при весьма высокой температуре поверхности.