14.3. Теплообмен при кипении жидкости, не догретой до температуры насыщения

В парогенерирующий канал ядерного реактора или парогенератора входит жидкость со средней температурой, меньшей температуры насыщения при Данном давлении, в связи с чем на некоторой длине обогреваемого участка происходит подогрев жидкости до температуры насыщения.- На этом же участке вначале происходит прогрев пристенного жидкостного слоя до температуры насыщения с постепенным перегревом его. На участке, где средняя температура пристенного жидкостного

слоя выше температуры насыщения, возникает вероятность рождения и роста пузырьков пара. В этом слое создаются условия для так называемого пристенного кипения, когда в ядре потока температура жидкости еще не достигла температуры кипения, а на теплообменной поверхности рождаются пузырьки пара.

Рис. 14.2. Изменение температуры стенки, температуры жидкости и коэффициента теплоотдачи по длине парогенерирующего канала

В режиме поверхностного кипения пузырьки пара не достигают отрывных размеров d₀ в связи с тем, что про-исходит одновременный рост пузырька и его конденсация. Со стороны теплообменной поверхности теплота подводится в основание пузырька, а со стороны холодного потока, имеющего температуру ниже температуры пузырька пара, энергия с его поверхности отводится. Чем больше толщина пристенного перегретого жидкостного слоя, тем больших размеров могут достигать пузырьки пара. По мере повышения в ядре потока температуры возрастает толщина перегретого пристенного слоя и уменьшается его градиент температуры.

На рис. 14.2,а показан график изменения температуры жидкости t_ж (z) — температуры стенки t_w (z) по длине парогенерирующего канала. На входном участке 0—1 температуры. стенки и потока растут. В сечении 1 (точка А) температура стенки достигает некоторого значения, после которого рост прекращается. В этом сечении начинается поверхностное кипение и температура потока соответствует темпера-

туре начала поверхностного кипения t_н.к. В сечении 2 (точка В) температура жидкости достигает насыщения. По мере приближения к сечению 2 часть пузырьков пара может оторваться от стенки и проникнуть в ядро потока. Конденсация их не успеет произойти из-за малой потери энергии поверхностями в окружающую жидкость.

(14.23)

(14.24)

или по эмпирической формуле Н. В. Тарасовой, рекомендуемой для воды в интервале давлений от 5,0 до 20,0 МПа:

Отрезок парогенерирующего канала 1—2 носит название участка поверхностного кипения. Температуру начала развитого поверхностного кипения можно определить по обобщенной формуле Л. С. Стермана и Н. Г. Стюшина

где V и i_н.к — соответственно энтальпия жидкости на линии насыщения и при температуре t_н.к, кДж/кг; q — плотность теплового потока, Вт/м²; d — диаметр трубы, м; ρw — массовая скорость, кг/(м^{2 .} с). Коэффициент теплообмена на входном участке 0—1 определяется по обычным формулам конвективного теплообмена в однофазной среде (14.14). На участке поверхностного кипения (отрезок 1—2) коэффициент теплообмена возрастает от α конвективного до α при развитом кипении и может быть рассчитан по. (14.19) при соблюдении условия (14.20). В эти формулы подставляется непосредственно скорость циркуляции. В тех случаях, когда протяженность участка поверхностного кипения невелика по сравнению с полной длиной экономайзерного участка, расчет коэффициента теплообмена проводится по формулам конвективного теплообмена однофазной среды на всей рассчитываемой длине. Некоторое занижение среднего коэффициента теплоотдачи на всем участке приведет к малозаметному (с позиции инже-нерных расчетов) увеличению полной длины экономайзерного участка. Участок 2—3 характеризуется режимом развитого пузырькового кипения, участок 3—4 — дисперсно-кольцевым режимом.