ТЕПЛОМАССООБМЕН

Контрольная работа №2

Контрольные вопросы

 

 

17. Что такое первый и второй кризисы кипения и соответствующие им первая и вторая критические плотности теплового потока?

 

 Ответ:

Для возникновения кипения всегда необходим некоторый перегрев жидкости, т. е. превышение температуры жидкости tжотносительно температуры насыщения tsпри заданном давлении р.

Тепловой поток Q при увеличении температурного напора Δt растет не беспредельно. При некотором значении Δt он достигает максимального значения, а при дальнейшем повышении Δt начинает уменьшаться. До момента достижения максимального теплового потока режим кипения называют пузырьковым. Максимальную тепловую нагрузку при пузырьковом кипении называют первой критической плотностью теплового потока и обозначают qкр1

Для воды при атмосферном давлении первая критическая плотность теплового потока составляет qкр1« 1,2•106 Вт/м2; соответствующее критическое значение температурного напора Δtкр1 25÷35 °С. (Эти величины относятся к условиям кипения воды при свободном движении в большом объеме. Для других условий и других жидкостей величины будут иными).

При больших значениях Δt наступает второй, переходный режим кипения (рис. 2, б). Он характеризуется тем, что как и на самой поверхности нагрева, так и вблизи нее пузырьки непрерывно сливаются между собой, образуются большие паровые полости. Из-за этого доступ жидкости к самой поверхности постепенно все более затрудняется. В отдельных местах поверхности возникают «сухие» пятна; их число и размеры непрерывно растут по мере увеличения температуры поверхности. Такие участки как бы выключаются из теплообмена, так как отвод теплоты непосредственно к пару происходит существенно менее интенсивно. Это и определяет резкое снижение теплового потока и коэффициента теплоотдачи в области переходного режима кипения.

Наконец, при некотором температурном напоре вся поверхность нагрева   обволакивается   сплошной   пленкой   пара,   оттесняющей жидкость от поверхности. Так наступает третий, пленочный режим кипения (рис. 2, б). Перенос теплоты в режиме пленочного кипения от поверхности нагрева к жидкости осуществляется путем конвективного теплообмена и излучения через паровую пленку. По мере увеличения температурного напора все большая часть теплоты передается за счет излучения.  Интенсивность теплообмена в режиме пленочного кипения достаточно низкая. Паровая пленка испытывает пульсации; пар, периодически накапливающийся в ней, отрывается в виде больших пузырей. В момент наступления пленочного  кипения тепловая  нагрузка,  отводимая  от поверхности, и соответственно количество образующегося пара имеют минимальные значения. Минимальное значение тепловой нагрузки при пленочном кипении называется второй критической плотностью теплового потока qKp2. При атмосферном давлении для воды, кипящей на технических металлических поверхностях, момент начала пленочного кипения   характеризуется температурным напором Δt = tcts 150°С,  т.  е.  температура    поверхности   tcсоставляет примерно 250°С.

Таким образом, при кипении жидкости на поверхности нагрева в зависимости от температурного напора Δt = tctsмогут наблюдаться три различных режима кипения. Общая картина изменения плотности теплового потока q, отводимого к кипящей жидкости, при увеличении температурного напора Δt показана в логарифмических координатах на рис. 3. Этот график относится к процессу кипения воды при атмосферном давлении. Такой же характер зависимость q от Δtимеет и для других жидкостей, кипящих в условиях свободного движения в большом объеме на металлических поверхностях нагрева: трубах, плитах и т. д.

 

К списку задач

Главная