Кипение в вертикальных трубах

Труба представляет собой ограниченную систему, в которой при движении кипящей жидкости происходит непрерывное увеличение объема паровой и уменьшение объема жидкой фаз за счет подвода теплоты к внешней поверхности трубы. Соответственно этому изменяется гидродинамическая структура потока как по длине, так и по поперечному сечению трубы.

При вынужденном движении кипящей жидкости в трубах происходят сложные процессы вблизи стенки, связанные с изменениями теплофизических свойств среды. При умеренных тепловых нагрузках и паросодержаниях на поверхности нагрева возникают пузырьки пара и по мере их роста отделяются от поверхности и перемещаются к центру потока. Такое кипение называется пузырьковым кипением. При развитом пузырьковом кипении движение пузырьков интенсифицирует турбулизацию среды вблизи поверхности и способствует увеличению коэффициента теплоотдачи. В этих условиях температура внутренней стенки незначительно превышает температуру насыщения при данном давлении. Для определения коэффициента теплоотдачи от стенки к кипящей воде при наличии развитого пузырькового кипения на основании многочисленных исследований было предложено большое количество полуэмпирических и эмпирических формул (см. предыдущую лекцию).

Но пузырьковое кипение может существовать только в определенных границах тепловых нагрузок и паросодержаний.

При повышении тепловых нагрузок увеличивается количество пузырьков пара на поверхности, частота их образования, на поверхности нагрева образуется сплошная паровая пленка, препятствующая теплообмену между поверхностью нагрева и средой. Такое кипение принято называть пленочным. Наступление пленочного кипения сопровождается резким снижением коэффициента теплоотдачи от стенки к рабочей среде и, следовательно, резким повышением температуры стенки. Это явление называют кризисом теплообмена первого рода, а тепловая нагрузка, при которой наступает кризис теплообмена первого рода, называется критической тепловой нагрузкой или критической плотностью теплового потока q_кр , кВт/м 2 .

Этот вид кризиса наблюдается как при кипении недогретой до температуры насыщения воды, а также пароводяной смеси с массовыми паросодержаниями, соответствующими пузырьковому режиму течения или дисперсно-кольцевому с кипением в пленке.

При увеличении паросодержания пузырьковый режим движения переходит в снарядный, затем в дисперсно-кольцевой, а далее в дисперсный с наличием тонкой пленки жидкости на стенах. В условиях этого движения происходят сложные процессы массообмена между тонкой пленкой жидкости и паровым ядром, несущим тонкодиспергированную влагу. При достаточно интенсивном кипении жидкости в пленке может наблюдаться пузырьковый вынос влаги в паровой поток (разбрызгивание) , обусловленный разрывом поверхности жидкой пленки отрывающимися паровыми пузырями. Одновременно может происходить осаждение капель из ядра потока на поверхность пленки. Пока происходит интенсивный массообмен между паровым потоком и жидкой пленкой, коэффициент теплоотдачи от стенки к рабочему телу остается достаточно высоким и температура внутренней стенки остается близкой к температуре насыщения. По мере роста паросодержания смеси из-за испарения и уноса влаги из пристенной пленки, не скомпенсированных выпадением капель из ядра потока, происходит высыхание пленки. Коэффициент теплоотдачи резко уменьшается, а температура стенки возрастает. Это явление принято называть кризисом теплообмена второго рода, который происходит при

Критическая тепловая нагрузка, как показали многочисленные исследования кризисов теплообмена в РФ и за рубежом, зависит от давления, массовой скорости и массового паросодержания.

Структура двухфазного потока при кипении жидкости

внутри вертикальной трубы

При этом наблюдаются три основных области:

I – область подогрева жидкости до температуры насыщения t_c=t_s жидкости (экономайзерный участок);

II – область кипения жидкости при t_s (испарительный участок).Здесь происходит изменение энтальпии жидкости.

III – область подсыхания влажного пара.

Арабскими цифрами обозначены зоны:

1 – зона недогретой до температуры насыщения жидкости;

2 – зона поверхностного кипения, где на поверхности образуются пузырьки пара (пузыртковый режим течения);

3 – зона эмульсионного движения жидкости (здесь по всему объему существуют пузырьки пара);

4 – пробкового-снарядного режима (пузырьки сливаются в единую систему);

5 – стержневого режима по пару;

Структура потока при кипении жидкости в горизонтальной трубе

При движении кипящей жидкости в горизонтальных трубах имеет место расслоение потока по периметру трубы.

Если скорость циркуляции и содержание пара в потоке невелики, двухфазный поток расслаивается на паровую фазу в верхней части трубы и жидкую – в нижней.

При увеличении скорости циркуляции и паросодержания гребни волн жидкости начинают задевать верхнюю часть трубы, затем течение переходит в подобие пробкового и наконец – стержневого режима с несимметричным распределением жидкой и паровой фаз.

Дата добавления: 2017-10-04 ; просмотров: 3186 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Пузырьковое кипение в вертикальной трубе

Пузырьковое кипение в вертикальной трубе

• В отличие от процесса испарения на поверхности погружного нагрева, где пузырьки пара свободно отделяются в свободном пространстве, здесь в качестве новой переменной вводится расход газожидкостной смеси. Эта скорость вдоль трубки является переменной, так как содержание пара увеличивается снизу. Дело передачи тепла, унос жидкости пузырями пара также непременн. В этом процессе предложены критерии, характеризующие данную сложную задачу E.

Читайте так же: У меня воспаление трубы

Особенно тщательно было исследовано Шмидтом и его коллегами. Эти измерения были позже переработаны Keissling2.In помимо других результатов этих исследований, мы обнаружили, что восходящее движение пузырьков воздуха в ряду неподвижных и движущихся жидкостей равно 2.Очень разные process. In неподвижные колонны, компенсируя нисходящее движение жидкости, создают отрицательную нисходящую силу на поверхности трубы, которая изменяет знак даже при слабых вынужденных движениях. Процесс движения паровой пены, полностью заполняющей часть трубы, был изучен Каттанео.

Выше было показано, что поглощательные способности, вычисленные при помощи уравнения (13-4), справедливы с хорошим приближением для обмена излучением газа с абсолютно черной поверхностью, пока температура газа выше температуры поверхности излучающего тела. Людмила Фирмаль

В испарителях и паровых котлах жидкость обычно подается на дно трубы при температуре, равной температуре насыщения и соответствующей давлению объема пара. Однако в нижней части трубки давление выше. Поэтому жидкость должна быть нагрета до некоторой степени до начала испарения. Длина этого участка предварительного нагрева зависит от скорости нагрева поверхности и нагрузки. Поэтому результаты различных исследователей сравнивать нельзя directly.

Кроме того, коэффициент теплопередачи может быть отнесен к различным температурным давлениям. Коэффициент теплопередачи в нем Мания у нас есть Назовем этот раздел истинным. 310а Очевидно, что такое определение соответствует формуле 310.Однако температура жидкости заранее не известна, поэтому вводится также кажущийся коэффициент теплопередачи. Три тысячи сто шесть В этом уравнении b-температура испарения, соответствующая условиям пара space. In в дальнейшем будут представлены некоторые характерные результаты эксперимента. c. естественная циркуляция.

Kirshbaum et al 231 исследовали теплообмен вертикально нагретой наружной трубы испарителя с внутренним диаметром 40 мм и длиной около 2 м и использовали кажущийся уровень жидкости L8 в качестве характерного параметра. Из-за кажущегося уровня жидкости необходимо понимать высоту колонны вдоль калибровочного стекла, соединенного с трубкой испарителя. Высота этой жидкости определяет вес, сопротивление и ускорение газожидкостной смеси в испарительной трубе, а также потери на входе и выходе в зависимости от места соединения.

• Таким образом, ha является важной эксплуатационной характеристикой испарителя, но она не является независимой. Дело в том, что эти величины также зависят, например, от нагрузки q поверхности нагрева.1. для воды кажущийся коэффициент теплопередачи a показан в виде функции q при h, 75 л, согласно измерениям. То есть, уровень буфера составляет 75 от общей высоты испарительной трубки В качестве второго параметра задается температура кипения в паровом пространстве S, в результате чего устанавливается давление пара. Наклон линии, состоящей из логарифмических координат, равен l 0.53-1 0.65.

При соотношении обоих коэффициентов теплопередачи по формулам 310а и 3106 среднее значение Аю а равно 1,1. Берется средняя температура по длине трубки вне пограничного слоя, а также предыдущие соображения. Смотрите рисунок. 142. В длинную пробку испарителя с естественной циркуляцией, внутренний диаметр трубы-45 мм, а длина 6,1 м Брукс и барсука Коэффициент теплопередачи от перегретого пара к кипящей жидкости составил measured. In тот же аппарат, стриб, Бейкер и барсук определили истинный коэффициент теплопередачи гнезда со стороны воды. В ходе этих экспериментов осуществлялся прямой впрыск пара в циркулирующую жидкую воду для обеспечения температуры испарения на входе в трубу.

Полученная в результате поглощательная способность Ах меньше суммы поглощательных способностей каждого из данных двух газов в отдельности. Людмила Фирмаль

Благодаря этому была использована почти вся длина трубки. Авторы предложили эмпирическую формулу, основанную на процентах Здесь нужно обратить внимание на сильное влияние поверхностного натяжения А. Этот список не может рассказать все очевидные взаимодействия. Киршбаум также наблюдал значительное увеличение при смешивании кипящей воды с 1 El Cantor BDX венчиком.

Исследование изменения температуры по высоте трубок во всех случаях показало, что средняя температура жидкости ilfl, начиная с входного отверстия, вначале увеличивается почти линейно, что соответствует постоянной нагрузке на поверхность нагрева, а затем уменьшается после прохождения определенных максимумов.1 151 гол Результат таких измерений Киршбаума при скорости притока воды 0,86 м с. Начало испарения следует отнести к максимальной точке, и также отображаются данные, относящиеся к условию принудительной циркуляции w 2 m секунд here. In это дело Уравнение вынужденного движения вдоль McAdams 328 от постоянной K вертикальных испарительных трубок в искусственной циркуляции.

Читайте так же: Что можно сделать из асбоцементных труб

Закон предварительного нагрева и принудительного движения согласуется с законом управления этим процессом Используйте данные по передачи тепла для всего tube. In эта форма показана на фиг. Измерения Bourts, Badger и Mysenburg 19 с 3,7 г внутреннего диаметра и 152 г длины испарительных трубок. Количество паров в массе варьировалось в диапазоне от 0 до 5, а весовая скорость варьировалась от 0,75 до 4,5 м сек. На горизонтальной оси имеется кажущаяся разница температур-8, которой присвоен коэффициент теплопередачи А. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

Средний показатель-1,59. ось y представляет константу k Nu Re 8Pr0 1. 328. Эта формула применяется к вынужденному турбулентному движению в трубе, и для некипящих жидкостей должно быть установлено значение 0,023.2 152 1 8 показано, что эффект испарения при малом значении невелик. Случай W- , 152 внутренний диаметр 12,6 мм длина 0,52 мм был нанесен на график тестовой точки 2 Оливера, полученной в испарительной трубке Коэффициент теплопередачи значительно выше, чем в случае некипящих жидкостей. Экспериментальные данные для обеих групп-65 000 Рост. Число Рейнольдса определяется как re wpd T. где q — коэффициент вязкости точки кипения, d-диаметр трубы, ter-массовая скорость циркулирующей воды3.

TOA_studentam / Лекции / 2

2.7. Теплообмен при кипении жидкости внутри труб.

Вертикальная груба. Труба или канал представляют собой ограниченную систему, в которой при движении кипящей жид­кости происходит непрерывное увеличение паровой фазы и уменьшение жидкой. Следовательно, изменяется гидродинами­ческая структура потока как по длине, так и по сечению, что, конечно, изменяет процесс теплоотдачи. В вертикальной трубе наблюдается три основные области с разной структурой потока по длине, при движении жидкости снизу вверх. I – область подогрева (экономайзерный участок, до сечения трубы, в котором t_с = t_н), II — область кипения (испарительный участок до сечения t_c > t_н), III — область подсыхания влажного пара. Испарительный участок включает в себя области с поверхност­ным кипением 2 и объемным кипением насыщенной жидкости. Участок трубы с объемным кипением включает в себя области эмульсионного 3, пробкового 4 и стержневого 5 режимов кипе­ния. В эмульсионном режиме двухфазный поток состоит из жидкости и равномерно распределенных в ней мелких пузырьков па­ра. С увеличением количества пара некоторые из пузырьков сли­ваются, образуя области, соизмеримые с диаметром трубы. При пробковом режиме пар движется в виде отдельных пузырей про­бок, разделенных прослойками парожидкостной эмульсии. С дальнейшим увеличением паросодержания происходит слияние крупных пузырей и образование стержневой структуры потока, при которой в ядре движется пар, а у стенки трубы тонкий коль­цевой слой жидкости. Далее область подсыхания пара и перегрева.

При движении двухфазного потока внутри горизонтальных труб и труб с небольшим наклоном — кроме изменения потока по дли­не имеет место изменение структуры потока по сечению трубы. Так если скорость и паросодержание невелики, то поток разделяется на жидкую и паровую фа­зы. При дальнейшем увеличении паросодержания и скорости циркуляции поверхность разде­ла между паровой и жидкой фазами приобрета­ет волновой характер, и жидкость гребнями волн периодически смачивает верхнюю часть трубы. Далее увеличение пара и ско­рости приводит к вбрасыванию жидкости в паровую область, в результате характер течения становится близким сначала к пробковому, а затем к стержневому. Однако в этом случае пол­ной осевой симметрии потока не наблюдается.

Количественные характеристики кипящего потока.

1. Общий массовый расход смеси жидкости и пара состав­ляет:

и является постоянной величиной одинаковой в любом сечении канала.

Массовое расходное паросодержание x = G_п/G_см. При кипе­нии жидкости, движущейся внутри труб, значение массового расходного паросодержания меняется от 0 (движется только жидкость) до 1 (движется только пар).

В отличие от массового объемный расход величина пере­менная по длине трубы. При полном испарении жидкости объемный расход увеличивается в раз. То есть при кипении имеем ускорение потока.

Объемное расходное паросодержание:

Величины x и β связаны соотношением:

При x = 0 β = 0, при x = 1 β = 1, в остальной части всегда x 2, то α = α_к, где α_к — коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении, определяется по формулам: .

Ra > 10 7 .