Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества.

Теплоотдача при кипении. Обычно считают, что жидкость закипает при температуре , равной температуре выходящего из неё насыщенного пара, давление которого равно давлению жидкости . Однако это не так. При пузыри пара в жидкости существовать не могут, и теплоотдача идёт ещё по законам естественной конвекции. Дело в том, что давление насыщенного пара внутри пузырей должно уравновешивать не только давление жидкости, но и силы поверхностного натяжения, сжимающие пузырь подобно упругой оболочке. А если поскольку более высокому давлению пара в насыщенном состоянии соответствует более высокая температура. Естественно, что и температура жидкости внутри которой образуются пузыри, должна быть по меньшей мере равна Таким образом, перегрев жидкости необходимый для её закипания однозначно определяется давлением Δ p, создаваемым силами поверхностного натяжения.

Для определения Δ p рассмотрим схему на рис. 15.7.

Рис. 15.7. Силы, действующие на сферический паровой пузырь в кипящей жидкости.

Силу поверхностного натяжения приравняем вертикальной проекции сил давления (они действуют по полусфере):

Отсюда получим:

В действительности зародышами пузырей являются пузырьки газа. Газ в пузырьках только сжимается под действием сил поверхностного натяжения ( он не может конденсироваться), поэтому критического радиуса для газовых пузырьков не существует.

Эмпирическая зависимость для определения коэффициента теплоотдачи при кипении имеет вид:

Особое внимание следует уделить кризису режима кипения (см. рис. 15.8; рис. 15.9).

Рис. 15.8. Схема зарождения паровых пузырьков в микротрещине обогреваемой поверхности (а) и распределение температур по высоте сосуда с кипящей водой (б).

Рис. 15.9. Зависимость плотности теплового потока и коэффициента теплоотдачи от перегрева стенки

 

Теплоотдача при конденсации. Пар конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние, на поверхности теплообмена, температура которой ниже температуры насыщения. Различают капельную и плёночную конденсацию. Рассмотрим простейший случай конденсации на вертикальной поверхности (рис. 15.10).

По мере стекания вдоль оси х количество конденсата увеличивается, соответственно возрастают толщина плёнки и средняя по толщине скорость течения конденсата. При значениях Re> 400, ламинарное течение переходит в турбулентное. Аналитическое решение Нуссельта для расчёта коэффициента теплоотдачи при ламинарном течение имеет вид:

где r- теплота парообразования, кДж/кг. По мере стекания конденсата вдоль оси х из-за возрастания толщины его плёнки. Среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности высотой Н

 

ЛЕКЦИЯ №16

ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Описание процесса и основные определения

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны и частотой . При этом волны распространяются со скоростью света Излучение при длинах волн от 0, 8 до 80 мкм принято называть тепловым (инфракрасным) излучением.

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения Е, .

Поскольку свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу, между ними много общего. Часть энергии излучения падающей на тело (рис.16.1), поглощается ( , часть отражается и часть проникает сквозь него

Рис. 16.1. Распределение энергии излучения, падающей на тело.

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

А+R+D=1. (16.1)

А-коэффициент поглощения, R-коэффициент отражения, D-коэффициент пропускания. Тело поглощающее всё падающее на него излучение, называется абсолютно чёрным. Тела для которых коэффициент 0< A< 1 называются серыми. Для белых тел R=1, для абсолютно прозрачных D=1.

В большинстве твёрдых и жидких тел поглощение тепловых лучей завершается в тонком поверхностном слое, т.е. не зависит от толщины тела. Для этих тел тепловое излучение обычно рассматривается как поверхностное явление. В газе процесс лучистого теплообмена носит объёмный характер. Коэффициент поглощения газа зависит от размеров («толщины») газового объёма и давления газа, т.е. концентрации молекул.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: