- •Тепломассообмен
- •Часть 2 (тот-2)
- •Часть 2 (тот-2)
- •450062, Республика Башкортостан, г.Уфа, ул. Космонавтов,1
- •Введение
- •Необходимость углублённого понимания и роль российских учёных
- •Модели среды и задача курса
- •1. Теплообмен
- •1.1. Основные понятия теплообмена
- •Основные способы переноса теплоты
- •Виды сложного теплообмена
- •1.2. Теплопроводность. Закон Фурье
- •Пределы и характер изменения коэффициента теплопроводности
- •1.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности и его решения
- •Условия однозначности для процессов теплопроводности
- •1.3.1. Теплопроводность при стационарном тепловом режиме (граничные условия I рода) Плоская стенка,
- •Многослойная плоская стенка
- •1.3.2. Теплопередача (теплопроводность при граничных условиях III рода) Плоская однородная и многослойная стенки
- •Цилиндрическая стенка: теплопроводность при стационарном тепловом режиме (граничные условия I рода)
- •Многослойная криволинейная стенка: теплопередача (теплопроводность при граничных условиях III рода)
- •Средняя расчётная поверхность
- •Интенсификация теплопередачи – увеличение теплового потока
- •Расчётные формулы для цилиндрической стенки
- •Критический диаметр цилиндрической стенки
- •Тепловая изоляция
- •1.3.3. Нестационарная теплопроводность Физические представления о процессах нагревания и охлаждения тел
- •Охлаждение (нагревание) неограниченной пластины
- •Количество теплоты, отданное пластиной в процессе охлаждения
- •Влияние числа Bi на процессы нестационарной Теплопроводности
- •Охлаждение тел конечных размеров
- •Зависимость охлаждения (нагревания) от формы и размеров тела
- •Регулярный режим охлаждения (нагревания) тела
- •1.4. Конвективный теплообмен (кто) в однофазной среде
- •Система дифференциальных уравнений кто
- •Теория подобия
- •Методы приведения к безразмерному виду Простейший метод – метод «губки»
- •Получение эмпирических уравнений подобия
- •1.5. Элементы теплообмена при фазовых превращениях. Конденсация чистого пара
- •Расчёт коэффициента теплоотдачи по формулам Нуссельта
- •1.6. Теплообмен излучением в прозрачной среде. Сложный теплообмен
- •Основные законы теплового излучения
- •Теплообмен излучением системы тел в прозрачной среде
- •1.7. Основы теплового расчёта теплообменных аппаратов
- •Краткая классификация тоа
- •Виды теплового расчёта
- •Уравнение теплового баланса и теплопередачи
- •Схемы движения теплоносителей
- •Распределение температур при прямотоке и противотоке
- •Средний температурный напор
- •2. Методы теории Тепломассобмена
- •У часток термической стабилизации
- •Теплообмен при ламинарном течении в трубе
- •Теплоотдача в трубах некруглого сечения
- •Каналы кольцевого поперечного сечения
- •Теплоотдача в изогнутых трубах
- •Теплоотдача в шероховатых трубах
- •Средняя по сечению потока температура жидкости
- •Теплоотдача при свободном движении
- •Теплоотдача при поперечном омывании труб и пучков труб
- •Коэффициент теплоотдачи при омывании труб и пучков труб (плакат)
- •Теплоотдача при поперечном омывании пучков труб
- •Коэффициенты теплоотдачи
- •2 .2. Дополнение к расчёту среднего температурного напора
- •Формула в.Г. Шухова
- •Сравнение прямотока и противотока
- •2.3. Дополнение к теплообмену при фазовых превращениях. Кипение Режимы кипения
- •Теплоотдача при пузырьковом режиме в большом объёме
- •Структура двухфазного потока при течении внутри труб кипящей жидкости
- •Теплоотдача при вынужденном движении кипящей жидкости в трубах
- •2.4. Приближение пограничного слоя Система уравнений ламинарного пограничного слоя
- •Система уравнений турбулентного пограничного слоя
- •2.5. Подобие и моделирование процессов конвективного теплообмена Условия подобия физических процессов
- •Моделирование процессов кто
- •Термодинамическое подобие
- •Метод локального теплового моделирования
- •Метод масштабных преобразований (приведение математической формулировки краевой задачи к безразмерному виду)
- •Метод размерностей. Π-теорема
- •2.6. Теплогидравлический расчёт теплообменных аппаратов
- •2.7. Методы теплообмена излучением Закон Ламберта
- •Теплообмен излучением между телами, произвольно расположенными в пространстве. Угловые коэффициенты
- •Уравнение переноса лучистой энергии
- •Особенности излучения газов и паров
- •2.8. Массообмен Основные понятия и определения
- •Концентрационная диффузия. Закон Фика
- •Тепло- и массообмен в двухкомпонентных средах
- •2.9. Дифференциальные уравнения тепломассообмена
- •Система уравнений конвективного массообмена для бинарной смеси
- •Диффузионный пограничный слой
- •Числа подобия конвективного массообмена
- •Аналогия процессов теплообмена и массообмена
- •Тройная аналогия
- •Методы теплопроводности Ребристые поверхности (методы интенсификации теплообмена)
- •Дифференциальное уравнение для прямого ребра
- •Прямое ребро прямоугольного профиля
- •Прямое ребро треугольного профиля
- •Круглое ребро прямоугольного профиля (табл. 1д)
- •Тепловой поток, переданный одним ребром
- •Теплоотдача при плёночной конденсации сухого насыщенного водяного пара с учётом волнового движения
- •Cписок использованной литературы
- •Содержание
- •1.3.1. Теплопроводность при стационарном тепловом режиме (граничные условия I рода) 20
- •1.3.2. Теплопередача (теплопроводность при граничных условиях III рода) 24
- •1.3.3. Нестационарная теплопроводность 39
Теплоотдача при пузырьковом режиме в большом объёме
Существует много эмпирических формул для расчета α.
, (13.5)
, (13.6)
где p – абсолютное гидростатическое давление (с учётом po);
Δt, p, q – относятся к режимным параметрам;
B, k, l – зависят от формы, режима течения, природы жидкости, времени, степени обработки поверхности.
Более подробно вопрос изложен в следующем источнике:
Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. – Л.; М.: Госэнергоиздат, 1959. – 414 с.
С увеличением времени уменьшается, так как стабилизируется процесс кипения.
Нефть и нефтепродукты при кипят в интервале температур начала и конца кипения от до . Интервал гостируется условиями смесеобразования в двигателях.
Структура двухфазного потока при течении внутри труб кипящей жидкости
-
Вертикальная труба
Поверхностью нагрева является стенка трубы. В трубе при движении жидкости постоянно увеличивается паровая и уменьшается жидкая фаза. Следовательно, изменяется гидродинамическая структура потока как по длине, так и по сечению трубы, и изменяется теплоотдача.
Рис. 13.6. Кипение воды в вертикальной трубе:
1 – однофазная жидкость; 2 – пристенное кипение; 3 – пузырьковый (эмульсионный) режим; 4 – пробковый режим; 5 – стержневой режим;
6 – влажный пар
В вертикальной трубе различают 3 основные структуры потока:
-
I – область подогрева (экономайзерный режим) – до сечения с ;
-
II – область кипения (испарительный участок) – от до , при этом энтальпия смеси стремится к энтальпии пара ;
-
III – область подсыхания влажного пара – наблюдается в основном в длинных трубах.
Если скорость w увеличивается при заданных q, tвх и lтр, то длина I области возрастает, а III – уменьшается.
Если q увеличивается при заданных w, tвх и lтр, то длина I области уменьшается, а III – увеличивается.
-
Горизонтальная (с небольшим наклоном) труба
Рис. 13.7. Кипение воды в горизонтальной трубе:
А – нормальное течение; Б – течение с увеличенной скоростью
Рис. 13.8. Пробковый (А) и кольцевой (Б) режим кипения
При кольцевом режиме кипения жидкость течёт по кольцу, внутри которого находится пар.
Объёмное и массовое паросодержание определяется как:
, (13.7)
, (13.8)
где Vп, Mп, Vсм, Мсм – массовый и объёмный расходы пара и смеси.
Теплоотдача при вынужденном движении кипящей жидкости в трубах
При вынужденном движении кипящей жидкости в трубах в условиях, когда жидкость нагрета до температуры насыщения, коэффициент теплоотдачи может быть подсчитан по следующим формулам из [2]:
-
при ; ;
-
при ; ;
-
при ; ,
где αw – коэффициент теплоотдачи при вынужденном движении кипящей жидкости, определяемый по формулам однофазной жидкости;
αк – коэффициент теплоотдачи при развитом (турбулентном) пузырьковом кипении в большом объёме, определяемый по формулам:
, (13.9)
-
при ; ; ;
-
при ; ; .
; (13.10)
; (13.11)
, (13.12)
где r – теплота парообразования;
σ – поверхностное натяжение;
, – плотность жидкости и пара;
Ts – абсолютная температура насыщения.
Все теплофизические параметры взяты при температуре насыщения. Величина измеряется в метрах.
Формулы справедливы при:
; ; Па.
Для воды значения и в зависимости от температуры приведены в таблице 9-1 в [2]. Если перейти от q к Δt (), то приведённые формулы для примут следующий вид:
-
при ;
-
при ;
Приведённые выше две расчётные формулы для применимы при условии [2]: .
Лекция 142