3. Теплообмен при кипении

Кипением называется процесс образования пара внутри объ­ема жидкости на поверхности нагрева; в зависимости от темпе­ратурного напора t = t_C - t_Н, где t_C - температура стенки, t_Н - температура насыщения, могут наблюдаться три различных режима кипения: пузырьковый, переходный и пленочный.

При пузырьковом кипении воды в большом объеме коэффици­ент теплоотдачи может быть рассчитан по формуле [1]

где Р_Н - давление, бар; q - плотность теплового потока, Вт/м². Формула применима в диапазоне от 1 до 200 бар.

Расчет теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в

большом объеме при известной плотности теплового потока выполняется по критериальным уравнениям [2,3]:

при Rе > 0.01 ( 3.1 )

при Rе < 0.01 , ( 3.2 )

где

Теплофизические свойства , r, , c_P, ^/,  для жидкости и ^// для пара определяются при температуре насыщения t_Н.

Если задан температурный напор t, то  рассчитывается по уравнениям [2]:

при

, ( 3.3 )

при

, ( 3.4 )

Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на горизонталь­ных трубах в большом объеме следует выполнять по формуле [1;2]:

где - эффективная теплота фазового перехода, учитывающая перегрев пара в пленке; d - диаметр трубы.

Физические свойства в этой формуле (за исключением плот­ности ^/) относятся к паровой фазе. Их следует выбирать по средней температуре пара: .

Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на поверхности вертикальных труб может выполняться по формуле [1;2]

Физические свойства в этой формуле следует выбирать так же при средней температуре пара.

При вынужденном движении кипящей жидкости в трубах коэф­фициент теплоотдачи может быть подсчитан по формулам [2]:

при ; при ;

при ,

где  - коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении ки­пящей жидкости в трубах; _К - коэффициент теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении в большом объеме, определяемый по формулам (3.1), (3.2) или (3.3), (3.4); _W - коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме движения однофазной жид­кости в трубах, определяемый формулой (2.3).

Задача 3.1

На наружной поверхности трубы кипит вода под давлением р. Плотность теплового потока на поверхности трубы q. Опре­делить температуру поверхности трубы: а) если поверхность чистая; б) если поверхность покрыта слоем накипи толщиной . Определить также термическое сопротивление накипи. Принять, что за счет шероховатости накипи коэффициент теплоотдачи на ее поверхности возрастает в 2 раза по сравнению с кипением на чистой поверхности.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.1

Таблица 3.1

1-я цифра шифра	р, МПа	q10 -5, Вт/м2	2-я цифра шифра	d, мм	l, Вт/ (м×К)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	3.0 4.0 2.5 3.5 1.7 4.0 2.8 4.5 1.5 4.5	1.5 3.5 2.0 1.75 1.8 3.0 2.75 3.5 2.6 3.6	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 1.0 1.8 1.5 2.0 2.5	2.3 0.8 2.0 1.5 0.9 2.1 1.8 2.0 1.5 1.0

Задача 3.2

Определить коэффициент теплоотдачи и плотность теплового потока, отводимого конвективным путем от поверхности трубы диаметром d в пленочном режиме кипения воды, находящейся под давлением р, если температура поверхности трубы t_C. Распо­ложение труб в пространстве может быть горизонтальным или вертикальным.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.2

Таблица 3.2

1-я цифра шифра	р, МПа	tС, 0С	2-я цифра шифра	d, мм	Положение трубы в пространстве
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0.10 0.15 0.20 0.25 0.12 0.23 0.18 0.25 0.12 0.16	400 450 500 510 480 420 480 505 380 420	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	12 18 20 32 28 30 18 32 38 12	Вертикальное Вертикальное Горизонтальное Горизонтальное Вертикальное Вертикальное Горизонтальное Вертикальное Горизонтальное Горизонтальное

Задача 3.3

В трубе внутренним диаметром d движется кипящая вода со скоростью w . Вода находится под давлением р. Определить тепловую нагрузку q и коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде, если температура внутренней поверхности трубы t_С.

Исходные данные для решения задачи выбрать из табл. 3.3

Таблица 3.3

1-я цифра шифра	d, мм	w, м/с	2-я цифра шифра	р, МПа	tС, 0С
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	38 22 12 32 25 30 15 18 32 25	1.0 0.8 0.8 1.2 0.6 1.1 0.9 1.2 1.0 0.8	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	2.5 2.8 1.5 3.0 2.0 4.0 3.5 1.8 5.0 4.5	230 237 205 240 220 285 251 215 270 265