иться на рідину.
Кожна речовина при одному і тому ж тиску має свою температуру кипіння.
При збільшенням атмосферного тиску кипіння починається при більш високій температурі, при зменшенні тиску - навпаки.
Так, наприклад, вода кипить при 100 ° С лише при нормальному атмосферному тиску.
1. Тепловіддача при кипінні
1.1 Рівняння тепловіддачі
При кипінні, як і у всіх інших процесах тепловіддачі, використовують рівняння тепловіддачі (закон Ньютона), що встановлює зв'язок між температурним напором стінка - рідина і тепловим потоком через поверхню теплообміну:
Q=a? (-)? F (1)
або Q=a? D? F (2)
або q=a? D (3)
де Q - тепловий потік, Вт; q=Q/F - поверхнева щільність теплового потоку, Вт/м2; F - поверхня теплообміну (стінки), м2; a - середній по поверхні F коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2К);- Температура поверхні теплообміну (стінки), 0С;- Температура насичення рідини при заданому тиску, 0С.
При цьому в якості температурного напору виступає перегрів стінки:
D=T f, max=- (4)
де DT f, max - максимальний перегрів рідини, 0С.
Таким чином, тепловий потік пропорційний площі F поверхні теплообміну і температурному напору D між стінкою і рідиною.
1.2 Коефіцієнт тепловіддачі
Коефіцієнт тепловіддачі a, Вт/(м2К), - це коефіцієнт пропорційності в законі Ньютона, що характеризує інтенсивність тепловіддачі. Величина коефіцієнта тепловіддачі при кипінні залежить від великої кількості різних факторів:
а) фізичних властивостей рідини;
б) чистоти рідини;
в) її температури і тиску;
г) геометричної форми, розмірів і орієнтації в просторі поверхні теплообміну;
д) матеріалу і шорсткості (чистоти оброблення) поверхні;
е) величини перегріву рідини тощо.
Тому визначення коефіцієнта тепловіддачі при кипінні - вельми важке завдання. Розрізняють локальне (в даній точці поверхні) і середнє по поверхні теплообміну значення коефіцієнта тепловіддачі:
Т F Q w D? a =, (5)
тобто коефіцієнт тепловіддачі чисельно дорівнює тепловому потоку, що передається через одиницю поверхні теплообміну при температурному напорі в 10C (1 К).
Вираз (5) дозволяє розрахувати коефіцієнт тепловіддачі на основі експериментального визначення величин Q, F і D.
Режими кипіння (тепловіддачі)
Механізм кипіння і інтенсивність тепловіддачі залежать від величини перегріву стінки. Виділяють три основні режими кипіння: бульбашковий, перехідний і плівковий.
На практиці найбільш часто зустрічається кипіння рідини на твердій поверхні теплообміну, через яку підводиться теплова енергія.
Процес кипіння є окремим випадком конвективного теплообміну, в якому відбувається додатковий перенос маси речовини і теплоти паровими бульбашками від поверхні нагрівання в об'єм рідини.
Бульбашковий режим
Радіус міжфазної поверхні бульбашки-зародка пропорційний розміру утворює його мікрошорсткості на поверхні стінки. Тому на початку бульбашкового режиму кипіння, при незначному перегрів рідини, працюють лише великі центри пароутворення, оскільки бульбашки-зародки малих центрів мають радіус менше критичного.
Зі збільшенням перегріву рідини активізуються менші центри пароутворення, тому кількість утворюються бульбашок і частота їх відриву зростають.
У результаті інтенсивність тепловіддачі надзвичайно швидко збільшується (рис. 3, область 2). Коефіцієнт тепловіддачі досягає десятків і навіть сотень тисяч Вт/(м2К) (при високих тисках).
Це обумовлено великою питомою теплотою фазового переходу і інтенсивним перемішуванням рідини зростаючими і відриваються бульбашками пара. Режим бульбашкового кипіння забезпечує найбільш ефективну тепловіддачу. Цей режим застосовується в парогенераторах теплових і атомних електростанцій, при охолодженні двигунів, елементів конструкції енергетичних, металургійних, хімічних агрегатів, що працюють в умовах високих температур. Тепловіддача при бульбашкової режимі пропорційна кількості діючих центрів пароутворення і частоті відриву бульбашок, які, у свою чергу, пропорційні максимальному перегріву 8? рідини і тиску. силу цього середній коефіцієнт тепловіддачі може бути розрахований за формулою виду:
де C1, z, n - емпіричні постійні; ? Tw - перегрів сті...
