Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика
Контрольная работа
Теплотехника
Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Электромагнетизм
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Проектирование электропривода
Энеpгия электpического поля
Электроника
Ядерная физика
История создания и развития
ядерной индустрии
Элементарные частицы
Теория относительности
Измерение заряда электрона
Ионизирующие излучения
Теория рассеяния альфа-частиц
в веществе
Ядерные реакции
Периодическая система элементов
Математика
Контрольная
Примеры решения интегралов
Высшая математика в экономике
Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Графика
Архитектура
Курс лекций по истории искусства
Эпоха Возрождения
Машиностроительное черчение
Инженерная графика
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Информатика
Лабораторные работы
Курс лекций по информатике
Локальная сеть

Теплоотдача при фазовых переходах

 Особенности теплоотдачи при кипении. Кипением называют процесс парообразования в жидкости, перегретой выше температуры насыщения, при котором паровые пузырьки образуются в отдельных точках твердой поверхности нагрева – центрах парообразования. Этими центрами являются микровпадины шероховатостей стенки и мельчайшие твердые частицы. Максимальный перегрев жидкости, равный температурному

напору , наблюдается у поверхности нагрева. Чем больше перегрев жидкости , тем меньше минимальный радиус возникающего на поверхности нагрева парового пузырька: , где  − поверхностное натяжение на границе “пар − жидкость”. Этот радиус определяет порядок размеров тех элементов шероховатостей, которые могут быть центрами парообразования. Таким образом, увеличение перегрева  приводит к уменьшению размеров   и к появлению все большего количества действующих центров парообразования. Пузырьки растут на поверхности нагрева и отрываются от нее при достижении размера . Через некоторое время  в этом месте появляется новый пузырек и цикл повторяется. Произведение (м) на частоту отрыва характеризует среднюю скорость роста паровых фрагментов на поверхности нагрева .

 За счет выталкивания паровыми фрагментами перегретой жидкости из пристенного слоя и «организации» подтекания к стенке более холодной жидкости (ячеистая циркуляция кипящей жидкости), переноса тепла от стенки паровыми пузырьками и турбулизации ими жидкости в пристенном слое обеспечивается высокая интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости. По существе, этот эффект можно объяснить минимилизацией толщины пристенного пограничного слоя в дифференциальном уравнении теплоотдачи (135) , следовательно . Интенсивность парообразования при кипении характеризуется величиной , где − плотность теплового потока при кипении жидкости в большом объеме. Следовательно, температурный напор  при теплоотдаче одновременно является и определяющим параметром перегрева кипящей жидкости.

 Плотность теплового потока , отводимого от греющих источников (парогенераторов ядерных реакторов, криогенных систем и др.), может быть весьма высокой ( Вт/м2 ) при умеренных температурных напорах (), и этот процесс часто используют для отвода больших тепловых потоков на относительно малых по площади поверхностей нагрева.

 На рис.17 представлена зависимость  от  при кипении в большом объеме.

Рис.17 – Характер зависимости при кипении.

 С повышением температурного напора интенсифицируется пузырьковое кипение и плотность  достигает величины  Вт/м2. При определенном максимальном перегреве  наступает первый кризис кипения: при  паровые пузырьки на поверхности нагрева сливаются в сплошной паровой слой, оттесняющий жидкость от стенки (пленочное кипение). Вследствие более низкой теплопроводности пара  и прекращения действия «кипящего» эффекта теплоотдача резко снижается. При минимальной плотности , когда вся стенка покрыта пленкой, наступает второй кризис кипения (перегрев жидкости в этой области достигает сотен градусов), момент перехода пузырькового кипения в пленочное может сопровождаться разрушением поверхности теплообмена.

 В связи со сложностью процесса кипения существуют различные формулы для определения коэффициента теплоотдачи , обобщающие результаты теоретических и экспериментальных исследований. Для области пузырькового кипения   расчетные формулы представляют в виде

  (145)

где, согласно опытным данным, для различных жидкостей . Например для кипения воды при давлении  бар применяют формулу, Вт/м2К:

 , (146)

где − в бар, -в Вт/м2.

 При вынужденном течении кипящей жидкости в трубах интенсивность теплообмена определяется соотношением влияния собственного процесса парообразования () и вынужденной конвекции (). Если скорость течения  мала, то интенсивность теплоотдачи определяется главным образом процессом кипения. Для расчета коэффициента теплоотдачи  при течении кипящей жидкости в каналах применяют интерполяционную формулу:

 , (147)

где  − искомый коэффициент теплоотдачи;  и − соответственно коэффициенты теплоотдачи при вынужденном течении «некипящей» жидкости в трубе и при пузырьковом кипении, когда влияние скорости отсутствует. Пределы применимости формулы ограничены величиной объемного паросодержания .

 Следует заметить, что все обобщенные уравнения вследствие статистической природы процесса кипения и неопределенности взаимосвязи между свойствами жидкости и поверхности нагрева характеризуют средний уровень теплоотдачи в пределах погрешности 30…40 %.

На главную