Билет №34 Вопрос 1. Физические процессы при кипении

Кипение – образование пара во всем объеме жидкости контактирующей с поверхностью нагрева, имеющей одинаковую с ней температуру.

До момента достижения максимального теплового потока режим кипения называется пузырьковым. Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока . Далее следует переходной режим, который характеризуется тем, что паровые пузырьки непрерывно сливаются между собой, образуя паровые области. При некотором тепловом напоре, вся поверхность нагрева обволакивается сплошной пленкой, оттесняющей жидкость от поверхности нагрева – пленочный режим. Минимальное значение тепловой нагрузки при пленочном кипении – вторая критическая плотность теплового потока.

Вопрос 2. Участки гидродинамической и тепловой стабилизации.

Рассмотрим течение жидкости у входа в цилиндрический канал. На входе в цилиндр скорость жидкости по сечению однородна, а на поверхности равна нулю. В направлении потока происходит слияние пограничного слоя у оси цилиндра и наступает стабилизация профиля скоростей. Расстояние от входа в цилиндр (), где профиль скорости не изменился по длине – это участок гидродинамического стабилизированного течения. Вблизи входного сечения – динамический слой, толщина которого увеличивается по мере увеличения расстояния от входа в трубу. Длинатем больше, чем больше числоRe. На начальном участке основными факторами, определяющими гидродинамическое сопротивление, являются скорость потока, геометрические характеристики сечения канала и физические свойства жидкости. Когда Re<Re_кр у входного сечения формируется ламинарный пограничный слой, от длины которого зависит формирование профиля скоростей.

–для ламинарного потока;

–при турбулентном потоке.

В начале канала центральное ядро жидкости имеет температуру, равную температуре на входе. Все изменения температуры сосредотачиваются в пограничном слое. Таким образом, у поверхности цилиндра образуется тепловой приграничный слой, толщина которого по мере удаления от входа, увеличивается. Участок тепловой стабилизации () – расстояние от входа, на котором тепловой пограничный слой заполняет все сечение трубы и вся жидкость принимает участие в теплообмене (не зависит от распределения скоростей и температуры потока на входе). На участке тепловой стабилизации резко падает; при стабилизированном теплообмене остается постоянной величиной. Длина стабилизационного участка зависит от коэффициента теплопроводности жидкости, наличия гидродинамической стабилизации, числаRe, распределения температур на выходе. При одних и тех же числах Re определяется числом Рr теплоносителя.

При ламинарном потоке, с постоянными физическими свойствами и однородной температуре на входе, когда температура внутренней поверхности не изменяется:

Вопрос 3. Расчет поверхности теплообмена рекуперативных теплообменников

В рекуперативных теплообменниках первичный и вторичный теплоносители разделены твердой поверхностью (обычно эта стенка трубы, может быть плоская стенка, стенка неправильной формы, оребренная стенка).

Уравнениями, используемыми в тепловом конструкторском и поверочном расчетах, позволяющими отыскать как поверхность теплообмена , так и, служат уравнения теплопередачи (в них вовлекаютсяи) и теплового баланса:

Количество теплоты, которое передается от первичного к вторичному теплоносителю

где – коэффициент теплопередачи от первичного теплоносителя к вторичному;

–поверхность теплообмена;

–средняя разность температур первичного и вторичного теплоносителя.

Количество теплоты, которое передается в теплообмене от первичного теплоносителя:

Количество теплоты, которое получает вторичный теплоноситель:

Температуры соответственно относятся к первичному (более нагретому) и вторичному (нагреваемому) теплоносителям. Индексы (') и (") указывают на место входа и выхода теплоносителя из аппарата.– среднее значение температурного напора по поверхности.

Таким образом: