Теплообмен при кипении жидкости

Общие представления о процессе кипения. Механизм передачи теплоты при кипении в неограниченном объме: зарождение, рост и отрыв паровых пузырьков. Зависимость плотности теплового потока от температурного напора при постоянной температуре стенки и при постоянном тепловом потоке. Первая и вторая критическая плотность теплового потока. Режим кипения. Механизм передачи теплоты при пузырьковом кипении в неограниченном объеме. Центры парообразования; минимальный радиус пузырька; минимальная работа образования пузырьков критического размера, влияние смачиваемости стенки жидкостью; скорость роста пузырьков; отрывной диаметр пузырька. Влияние недогрева жидкости; влияние шероховатости и теплофизических свойств стенки. Теплоотдача при пузырьковом кипении жидкости в неограниченном объеме: зависимость коэффициента теплоотдачи от давления, плотность теплового потока и температурного напора.

Теплообмен при кипении жидкости в трубах. Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении в условиях свободной и вынужденной конвекции. Кризисы кипения.

Теплоотдача при пленочном кипении.

Методические_указания:

Изучение процессов кипения (и парообразования), в особенности в трубах, является важным этапом в подготовке инженеров специальности «Котлы и реакторы», так как эти процессы являются основными в энергетических котлах, котлах-утилизаторах, реакторах и парогенераторах АЭС.

Кипение может быть поверхностными и объемным, пузырьковым и пленочным, в перегретой и недогретой жидкости, в неограниченном пространстве и внутри труб, при заведенных регулируемой температуре стенки и регулируемой плотности теплового потока, при свободной и вынужденной конвекции.

При кипении жидкости в вертикальной трубе наблюдаютс три основные области с разной структурой потока: область подогрева (экономайзерный участок), область кипения (испарительный участок), область подсыхания влажного пара. Испарительный участок, в свою очередь, включает в себя области эмульсионного, пробкового и стержневого режимов кипения.

При изучении каждого из вышеприведенных процессов и режимов кипения необходимо разобраться в механизмах процессов, оценить влияние различных факторов на условия и интенсивность их протекания, а также усвоить методику определения коэффициентов теплоотдачи, плотности теплового потока или температуры стенки. При этом необходимо обратить внимание на то, что при подводе к поверхности постоянной плотности теплового потока переходный режим кипения существовать не может и имеет место скачкообразный переход пузырькового режима кипения в пленочный. Развитие процесса приобретет кризисный характер, который, как правило, сопровождается разрушением поверхности нагрева (пережогом). При снижении величины плотности теплового потока после возникновения пленочного режима кипения происходит скачкообразный переход от пленочного к пузырьковому режиму, минуя переходный режим, и возникает новый кризис кипения. Такие кризисные явления характерны для электрического обогрева поверхности, в атомном реакторе в результате ядерной реакции, при лучистом теплообмене в топках котлов. Необходимо научиться определять критические плотности теплового потока, чтобы исключить опасность пленочного режима кипения.