Поверхнева плівкова конденсація пари
Механізм процесу плівкової конденсації. Розрізняють наступні стадії:
1. Дифузія молекул пари з ядра до холодної поверхні конденсації. Дифузія відбувається за рахунок різниці концентрації молекул пари в ядрі холодної стінки;
2. Сам процес конденсації з виділенням прихованої теплоти конденсації за рахунок втрати швидкості молекулами, які прилипли до створеної стінки конденсату;
3. Переніс прихованої теплоти конденсації через плівки конденсату до холодної стінки.
Припустимо, що плівка конденсату рухається або спадає в ламінарному режимі. При цьому через товщину плівки тепло передається за рахунок теплопровідності, а в насиченій парі за рахунок тепловіддачі. Тоді густина теплового потоку:
,
де 
- товщина плівки конденсату на координаті х, tн і tст – температури насиченої пари та стінки. Звідки
Тобто чим більша товщина плівки конденсату, тим менша тепловіддача.
Графічно ця залежність матиме вигляд:
Розрахункова формула для визначення товщини плівки конденсату
Використаємо рівняння енергії і рівняння руху в’язкої рідини (Нав'є-Стокса) для одномірного випадку з врахуванням наступних припущень:
1) сили інерції малі в порівняння з силами в’язкості і тяжіння;
2) конвективний перенос теплоти в плівці вздовж стікання не враховується (по координаті х);
3) тертя на границі парової та рідкої фаз відсутнє;
4) фізичні параметри конденсату не залежить від температури;
|
|
|
5) густина пари мала в порівнянні з густиною конденсату.
Тоді із врахуванням вищенаведених припущень маємо систему рівнянь:
Товщина плівки конденсату буде залежати від кількості утвореного конденсату або видатку конденсату в перерізі потоку, кількість конденсату, що протікає через поперечний переріз в одиницю часу при ширині рівній 1 м, дорівнює:
,
де 1 – ширина, 
– середня швидкість руху рідини.
Знайдемо середнє значення швидкості, інтегруючи рівняння руху:
Отже:
Цей приріст товщини плівки конденсату виникає в результаті конденсації на ділянці довжиною dx і шириною 1 м. Якщо прийняти, що теплота, яка віддається стінці, це теплота фазового переходу, то тоді:
,
де 
– це кількість конденсату на одиницю поверхні за одиницю часу.
Прирівнюючи по dG:
де 
- не змінюється по х - координаті. Це рівняння для визначення локального коефіцієнту тепловіддачі.
Методи усереднення локального коефіцієнту тепловіддачі дають наближений результат.
І тоді середній коефіцієнт тепловіддачі:
- для вертикальної стінки.
Для горизонтальної стінки:
,
де dз – зовнішній діаметр труби.
Nu=f(Ga,Pr,K),
де К – критерій фазового переходу (Кутателадзе).
|
|
|
Nu=0,943(Gr Pr K)0,25, 
Якщо Gr Pr K<1015, то тоді Nu=1,15(Gr Pr K)0,25.
Якщо Gr Pr K>1015, то тоді Nu=0,0646(Gr Pr K)0,35.
Для горизонтальної поверхні: Nu=0,728(Gr Pr K)0,25.
Фактори конденсації
1. Вплив фізичних властивостей конденсату і геометричних розмірів поверхні.
2. Чим більше питома теплота конденсації r, тим більше теплової енергії буде віддано.
3. Чим більша густина конденсату, тим швидше буде стікати його плівка і тим менший буде термічний опір.
4. Із r коефіцієнт теплопровідності λ також зменшується термічний опір і зростає коефіцієнт тепловіддачі.
5. Із підвищенням в’язкості плівки µ, коефіцієнт тепловіддачі α знижується , тому що більш в’язка рідина стікає повільніше, зростає її товщина і зменшується турбулентність.
6. Зі збільшенням висоти поверхні Н зростає товщина плівки і тепловіддача погіршується.
7. Збільшення температурного напору 
також знижується α внаслідок збільшення товщини плівки, але загальна кількість теплоти q залежить від 
в 1-й системі, а коефіцієнт тепловіддачі α залежить від 
.
Кипіння
Кипіння – це процес пароутворення у всьому об’ємі. Для кипіння необхідно підводити теплоту, це так звана теплота пароутворення.
Кипіння буває поверхневим та об'ємним. Поверхневе кипіння – це тоді, коли на граючій поверхні виникають окремі центри пароутворення. Об’ємне кипіння – це тоді, коли бульбашки пари генеруються у всьому об’ємі, це можливе тільки при різкому знижені тиску.
|
|
|
Види поверхневого кипіння:
1) бульбашкове кипіння (ядерне), коли бульбашки генеруються на граючій поверхні;
2) плівкове кипіння, коли кількість центрів пароутворення зростає на стільки, вони зливаються між собою і тоді між рідиною і гріючою поверхнею з’являється шар перегрітої пари (рідина знаходиться на паровій подушці).
Перехід від бульбашкового кипіння до плівкового називається кризою кипіння, а температура при якій це відбувається називається критичною.
Для всіх рідин, що киплять залежність густини теплового потоку і коефіцієнту тепловіддачі від різниці температур між стінкою та рідиною має приблизно однаковий характер:
| α |
| B |
| A |
| C |
| D |
| E |
|
|
| ∆tкр |
| ∆t |
.
1 – це ділянка мало інтенсивного кипіння рідини, 
.
2 – це ділянка бульбашкового (ядерного) режиму кипіння, це інтенсивний режим, який використовується в промисловості.
3 – це ділянка кризи кипіння при цьому інтенсивність тепловіддачі падає.
|
|
|
4 – це ділянка інтенсивного плівкового режиму кипіння.
Ядерний режим кипіння один із самих інтенсивних режимів кипіння. Процес складається із віддачі теплоти рідині стінкою. І з передачі теплоти внутрішньої поверхні бульбашки в вигляді теплоти випаровування. Кожна бульбашка при кипінні відіграє роль насосу, який підтягує холодну рідину до гріючої поверхні, і виштовхує перегріту рідину.
При бульбашковому кипінні в умовах вільної конвекції коефіцієнт тепловіддачі можна виразити:
, де 
,
де λ – коефіцієнт теплопровідності рідини, ρр і ρп – густина рідини і пари, σ – поверхневий натяг, r – теплота пароутворення, ρ0 – густина пари при атмосферному тиску, ср – питома теплоємкість, μ – динамічний коефіцієнт в’язкості.
Для води можна записати:
Теплове випромінювання
При тепловому випромінюванні тепло переноситься за допомогою електромагнітних хвиль. Особливістю такого переносу теплоти є те, що ця теплота може переноситися і через абсолютний вакуум.
При тепловому випромінюванні теплова енергія перетворюється в енергію електромагнітних хвиль. На поглиначі енергія хвиль перетворюється в теплову енергію. Таким чином, відбувається подвійне перетворення теплоти.
Властивості електромагнітних хвиль залежать від довжини хвилі. Для світлових хвиль λ=0,4–0,8 мкм, для теплових променів: λ=0,8–400 мкм.
| Q |
| QR |
| QD |
| Qa |
Q=QA+QR+QD
A+R+D=1,
де А – абсорбційна здатність тіла; R – відбиваюча здатність тіла;
D – пропускаючи здатність тіла.
Нехай R=D=0, тоді А=1 – тобто все тепло, що впало на тіло поглинулося, таке тіло називається абсолютно чорним. Якщо R=A=0, тоді D=1 – вся променева енергія проходить через тіло (абсолютно прозоре тіло). При D=A=0, R=1 – вся енергія, яка попала на тіло відбивається – абсолютно біле тіло.
Абсолютно біле тіло добре відбиває лише світлові промені, а теплові промені поглинає, так само як і абсолютно чорне тіло.
Так як властивості електромагнітних хвиль залежать від довжини хвилі, то необхідно ввести нові поняття.
Кількість енергії яка випромінюється тілом в одиницю часу в усьому інтервалі довжин хвиль від 
до 
характеризує випромінюючу здатність тіла, позначаємо Е:
Кількість енергії яка випромінюється в одиницю часу з одиниці поверхні в заданому діапазоні від 
до 
називається спектральною густиною теплового випромінювання I:
Фактори конденсації
1. Вплив фізичних властивостей конденсату і геометричних розмірів поверхні.
2. Чим більше питома теплота конденсації r, тим більше теплової енергії буде віддано.
3. Чим більша густина конденсату, тим швидше буде стікати його плівка і тим менший буде термічний опір.
4. Із r коефіцієнт теплопровідності λ також зменшується термічний опір і зростає коефіцієнт тепловіддачі.
5. Із підвищенням в’язкості плівки µ, коефіцієнт тепловіддачі α знижується , тому що більш в’язка рідина стікає повільніше, зростає її товщина і зменшується турбулентність.
6. Зі збільшенням висоти поверхні Н зростає товщина плівки і тепловіддача погіршується.
7. Збільшення температурного напору також знижується α внаслідок збільшення товщини плівки, але загальна кількість теплоти q залежить від в 1-й системі, а коефіцієнт тепловіддачі α залежить від .
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 539; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!