Тепломассообмен. Теплообмен при кипении. (Лекция 12)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Тепломассообмен. Теплообмен при кипении. (Лекция 12)

Содержание

2. ТМО Лекция 12 Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок Кипение и конденсация, Плавление и затвердевание (замерзание),
3. т-к – линия насыщения (вода: tн= 100oC, pн= 1 бар ≈ 1 атм). т – тройная
4. ТП Лекция 13 Процессы кипения и конденсации воды в ТS диаграмме
5. р,h – диаграмма хладагента R22 (Хлордифторметан, CHClF2) tкр= 96.00 °C, pкр= 49.774 бар, vкр= 0.00191 м3/кг
6. Тепломассообмен Лекция 13 СОСТОЯНИЕ НАСЫЩЕНИЯ Состояние равновесия жидкой и газообразной фаз (m = 2 ) одного
7. ТП Лекция 14 При кипении вещество переходит из жидкой фазы в газообразную при подводе к системе
8. Тепломассообмен Лекция 3 Кипение – процесс образования пара (в виде пузырьков или пленки) в жидкости или
9. Тепломассообмен Лекция 13 Два основных режима поверхностного кипения 1. Пузырьковое кипение – на начальной стадии кипения
10. Δt q
11. Тепломассообмен Лекция 13 а) однородно–эмульсионный; б, д) расслоённый; в, г) снарядный
13. ТП Лекция 14 Схема образования пузыря в несмачиваемой впадине на стенке и его отрыва
14. – з-н Лапласа, σ – поверхностн. натяжение, Н/м; при меньшем Δр пузырек сконденсируется ТП Лекция 14
15. Подвод теплоты к пузырьку путем теплопроводности из окружающего слоя перегретой жидкости и через поверхность под пузырьком
16. ТМО Лекция 12 Диаметр и частота отрыва пузырей
17. Тепломассообмен Лекция 13 Кривая кипения при tc , Δt = const С увеличением tc растёт Δt
18. Эффект Лейденфроста (1756): когда на раскаленную поверхность попадает капля воды, она, не касаясь поверхности, долго испаряется
19. Тепломассообмен Лекция 13 Кривая и кризисы кипения при qс=const qс – заданная независимая величина (тепловая нагрузка),
20. ТП Лекция 14 При этой нагрузке любое случайное увеличение qс приводит к повышению температуры стенки вследствие
21. ТМО Лекция 12 Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок Критическая плотность теплового потока Для воды
22. Тепломассообмен Лекция 13 Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении Опыт:
23. единицы СИ, кроме давления: [p] = бар (= 105 Па) α = 3.0 q 0.7p 0.15
24. Тепломассообмен Лекция 13 Сравнение коэффициентов теплоотдачи при конвекции и фазовых переходах, Вт/(м2К)
25. Тепломассообмен Лекция 13 Г.Н. Данилова: M – молекулярная масса; ркр [бар] и Ткр [К] – критические
26. Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен / С.Н.Богданов, Н.А. Бучко, Э.И. Гуйко и др.; Под ред. Э.И. Гуйко.
27. Тепломассообмен Лекция 13 а' – точка начала кипения а – точка окончания кипения Переход от своб.
28. Тепломассообмен Лекция 13 Расчет теплообмена при развитом пузырьковом кипении Область IIр (СИ) R 718 R 717
29. Тепломассообмен Лекция 14 задана тепловая нагрузка q, Вт/м2 ls ~ (dкр ·Ja) – характ. масштаб длины
30. Тепломассообмен Лекция 12 Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок 2) задан температурный напор ∆t = tc
32. Скачать презентацию

Слайд 2

ТМО Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Кипение и конденсация,
Плавление и затвердевание

(замерзание),
Сублимация и десублимация – процессы фазового перехода из одного агрегатного состояния (фазы) в другое.

Правило фаз Гиббса: ψ = n – m + 2
ψ – число степеней свободы –
количество независимых параметров состояния (р, v, T) необходимое для полного описания системы ,
n – число компонентов,
m – число фаз

Слайд 3

т-к – линия насыщения (вода: tн= 100oC, pн= 1 бар ≈

1 атм).
т – тройная точка (вода: to=0.01oC, po=0.006 бар)
к – критическая точка (вода: to=374oC, po=220.6 бар) – плотность жидкости и её насыщенного пара равны, а поверхностное натяжение жидкости = 0, исчезает граница раздела фаз жидкость-пар.

Слайд 4

ТП Лекция 13
Процессы кипения и конденсации воды в ТS диаграмме

Слайд 5

р,h – диаграмма хладагента R22 (Хлордифторметан, CHClF2)
tкр= 96.00 °C, pкр= 49.774

бар, vкр= 0.00191 м3/кг

Слайд 6

Тепломассообмен Лекция 13
СОСТОЯНИЕ НАСЫЩЕНИЯ
Состояние равновесия жидкой и газообразной фаз (m

= 2 ) одного компонента, например, воды (n = 1), полностью характеризуемое одним параметром состояния (одной степенью свободы, ψ = n – m + 2 = 1 ) рн или Тн (рs или Тs). В р,Т –диаграмме представлено "линией насыщения" (при любом рн – одна Тн)

Слайд 7

ТП Лекция 14
При кипении вещество переходит из жидкой фазы в газообразную

при подводе к системе скрытой теплоты парообразования, которая затрачивается на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия и работу расширения
При конденсации пара (переходе в жидкое состояние) при тех же условиях выделяется точно такое же количество теплоты – скрытая теплота конденсации, которую нужно отводить от системы.
Аналогично определяются фазовые переходы и скрытые теплόты плавления/затвердевания (твердое-жидкость) и сублимации/десублимации (твердое – газ).

Слайд 8

Тепломассообмен Лекция 3
Кипение – процесс образования пара (в виде пузырьков или

пленки) в жидкости или на поверхности, перегретых сверх температуры насыщения при данном давлении.
Величина необходимого перегрева ΔТ = (Т – Тs) уменьшается при наличии центров парообразования в жидкости (например, взвешенные частицы) и на поверхности (царапины, неоднородности и т.п.).
Если вся жидкость оказывается значительно перегретой (например, при резком сбросе давления, т.е. снижении Тs), то паровые пузыри возникаютво всем объеме жидкости и она вскипает в результате объёмного кипения. (Этот механизм кипения мы далее не рассматриваем).

ПРОЦЕСС КИПЕНИЯ

Слайд 9

Тепломассообмен Лекция 13
Два основных режима поверхностного кипения
1. Пузырьковое кипение –

на начальной стадии кипения на поверхности нагрева возникают отдельные паровые пузырьки, интенсифицирующие свободноконвективный теплообмен :
– поверхность имеет прямой контакт с жидкостью, причем пограничный слой турбулизируется и «утоньшается» паровыми пузырями;
– отрывающиеся пузыри увлекают из погран. слоя в ядро потока перегретую жидкость, что приводит к дополнительному молярному переносу теплоты.

2. Пленочное кипение – при увеличении температурного напора на поверхности образуется сплошной слой пара, отделяющий ее от жидкости. Интенсивность теплоотдачи резко снижается.

Слайд 10

Δt
q

Слайд 11

Тепломассообмен Лекция 13
а) однородно–эмульсионный;
б, д) расслоённый;
в, г) снарядный

Слайд 12

Слайд 13

ТП Лекция 14
Схема образования пузыря в несмачиваемой впадине на стенке и

его отрыва

Слайд 14

– з-н Лапласа, σ – поверхностн. натяжение, Н/м;
при меньшем Δр пузырек

сконденсируется

ТП Лекция 14

Минимальный (критический) радиус устойчивого пузыря

( по Клапейрону-Клаузиусу )

Условия существования и роста пузырька:
сила давления пара не меньше силы поверхностного натяжения жидкости;
перегрев жидкости: Δt = (tж – tн ) > 0, tж ≈ tс
(в момент отрыва температура пара tп,к= tж )

Слайд 15

Подвод теплоты к пузырьку путем теплопроводности из окружающего слоя перегретой

жидкости и через поверхность под пузырьком идет на испарение жидкости и работу расширения. Скорость роста пузырька – функция критерия Якоба:

m = 0.1÷0.5 для углов смачивания Θ = 40÷90о;
n = 6

ТП Лекция 14

Скорость роста пузыря на поверхности

– соотношение между тепловым потоком, идущим на перегрев жидкости, и объемной теплотой испарения

Слайд 16

ТМО Лекция 12
Диаметр и частота отрыва пузырей

Слайд 17

Тепломассообмен Лекция 13
Кривая кипения при tc , Δt = const
С увеличением

tc растёт Δt = tc – ts и, следовательно, q = α Δt, которая достигает максимума при развитом пузырьковом кипении.
При переходе к плёночному режиму снижается α, что приводит к соответствующему снижению q.
После достижения минимума, тепловой поток опять начинает расти за счёт роста теплопровод-ности пара в плёнке и теплового излучения.

tc – заданная независимая величина, например, температура конденсации греющего пара; q – плотность теплового потока, отводимого от стенки к кипящей жидкости (зависимая величина).

Если уменьшать Δt в обратном порядке, процесс кипения будет описываться точно той же кривой кипения.

Слайд 18

Эффект Лейденфроста (1756): когда на раскаленную поверхность попадает капля воды, она,

не касаясь поверхности, долго испаряется и распыляется на «паровой подушке» (пленочное кипение).

ТП Лекция 14

Области кипения воды при р = 1 бар

Слайд 19

Тепломассообмен Лекция 13
Кривая и кризисы кипения при qс=const
qс – заданная независимая

величина (тепловая нагрузка), например, подводимая к стенке электронагревателем или излучением от пламени горения топлива; tc ,Δt – зависимые величины.
Прямой ход : при постепенном увеличении qс на поверхности развивается пузрьковый режим кипения. Максимальная тепловая нагрузка, которую можно отвести от поверхности стенки к кипящей жидкости, qмакс = qкр1, называется первой критической плотностью теплового потока.

Слайд 20

ТП Лекция 14
При этой нагрузке любое случайное увеличение qс приводит к

повышению температуры стенки вследствие того, что подводимый к ней тепловой поток превышает отводимый из-за того, что начинается переход к пленочному режиму кипения, падают α и
отвод теплоты от стенки. Это приводит к ещё большему росту температуры стенки; процесс её разогрева приобретает лавинообразный характер, в результате чего происходит "скачок" tc и Δt , что может привести к разрушению стенки ("выгоранию поверхности"). Это явление называется 1-м кризисом кипения.
Обратный ход: уменьшение qс
при плёночном кипении до qмин = qкр2
приводит к 2-му кризису кипения –
скачкообразному охлаждению стенки
вследствие того, что жидкость местами
"протекает" через нестабильную паровую
пленку к поверхности, из-за чего растетα , и отвод теплоты от стенки превышает подвод (qмин ); процесс имеет лавинообразный характер, что приводит к разрушению пленки и "скачку "к пузырьковому режиму кипения при более низкой температуре.

Слайд 21

ТМО Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Критическая плотность теплового потока
Для воды

Слайд 22

Тепломассообмен Лекция 13
Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении
Опыт:

Слайд 23

единицы СИ, кроме давления: [p] = бар (= 105 Па)

α = 3.0 q 0.7p 0.15
α = 38.7 Δt 2.33p 0.5

ТП Лекция 14

Эмпирические формулы для расчета коэффициента теплоотдачи при кипении воды

Слайд 24

Тепломассообмен Лекция 13
Сравнение коэффициентов теплоотдачи при конвекции и фазовых переходах, Вт/(м2К)

Слайд 25

Тепломассообмен Лекция 13
Г.Н. Данилова:
M – молекулярная масса; ркр [бар] и Ткр

[К] – критические параметры, Rz [мкм]– высота микронеровностей поверхности нагрева (3–5 мкм для труб промышл. изготовления, Rzо = 1 мкм)

Коэфф-т теплоотдачи при кипении хладонов

Слайд 26

Теоретические основы хладотехники.
Тепломассообмен / С.Н.Богданов, Н.А. Бучко,
Э.И. Гуйко и др.;

Под ред. Э.И. Гуйко.
– М.: Агропромиздат, 1986. – 320 с.

Слайд 27

Тепломассообмен Лекция 13
а' – точка начала кипения
а – точка окончания кипения

Переход от своб. конвекции к кипению в большом объеме

Слайд 28

Тепломассообмен Лекция 13
Расчет теплообмена при развитом пузырьковом кипении
Область IIр (СИ)
R

718

R 717

(R 729 – воздух)

Слайд 29

Тепломассообмен Лекция 14
задана тепловая нагрузка q, Вт/м2
ls ~ (dкр

·Ja) – характ. масштаб длины для паровой фазы

Безразмерное описание теплообмена при пузырьковом кипении на основе модели Кружилина
(Д.А.Лабунцов)

Слайд 30

Тепломассообмен Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
2) задан температурный напор ∆t

= tc - ts:

Res=10-5÷10+4; Prs=0,86÷7,6; р=4500÷175*105 Па;

Тепломассообмен. Теплообмен при кипении. (Лекция 12)

Содержание

ТМО Лекция 12Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.ПальчёнокКипение и конденсация,Плавление и затвердевание

т-к – линия насыщения (вода: tн= 100oC, pн= 1 бар ≈

ТП Лекция 13Процессы кипения и конденсации воды в ТS диаграмме

р,h – диаграмма хладагента R22 (Хлордифторметан, CHClF2)tкр= 96.00 °C, pкр= 49.774

Тепломассообмен Лекция 13СОСТОЯНИЕ НАСЫЩЕНИЯ Состояние равновесия жидкой и газообразной фаз (m

ТП Лекция 14При кипении вещество переходит из жидкой фазы в газообразную

Тепломассообмен Лекция 3 Кипение – процесс образования пара (в виде пузырьков или

Тепломассообмен Лекция 13Два основных режима поверхностного кипения 1. Пузырьковое кипение –

Δtq

Тепломассообмен Лекция 13а) однородно–эмульсионный; б, д) расслоённый; в, г) снарядный

ТП Лекция 14Схема образования пузыря в несмачиваемой впадине на стенке и

– з-н Лапласа, σ – поверхностн. натяжение, Н/м;при меньшем Δр пузырек

Подвод теплоты к пузырьку путем теплопроводности из окружающего слоя перегретой

ТМО Лекция 12Диаметр и частота отрыва пузырей

Тепломассообмен Лекция 13Кривая кипения при tc , Δt = constС увеличением

Эффект Лейденфроста (1756): когда на раскаленную поверхность попадает капля воды, она,

Тепломассообмен Лекция 13Кривая и кризисы кипения при qс=constqс – заданная независимая

ТП Лекция 14При этой нагрузке любое случайное увеличение qс приводит к

ТМО Лекция 12Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.ПальчёнокКритическая плотность теплового потокаДля воды

Тепломассообмен Лекция 13Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипенииОпыт:

единицы СИ, кроме давления: [p] = бар (= 105 Па)

Тепломассообмен Лекция 13Сравнение коэффициентов теплоотдачи при конвекции и фазовых переходах, Вт/(м2К)

Тепломассообмен Лекция 13Г.Н. Данилова:M – молекулярная масса; ркр [бар] и Ткр

Теоретические основы хладотехники. Тепломассообмен / С.Н.Богданов, Н.А. Бучко,Э.И. Гуйко и др.;

Тепломассообмен Лекция 13а' – точка начала кипенияа – точка окончания кипения

Тепломассообмен Лекция 13Расчет теплообмена при развитом пузырьковом кипении Область IIр (СИ)R

Тепломассообмен Лекция 14 задана тепловая нагрузка q, Вт/м2 ls ~ (dкр

Тепломассообмен Лекция 12Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок2) задан температурный напор ∆t

Похожие презентации

ТМО Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Кипение и конденсация,
Плавление и затвердевание

ТП Лекция 13
Процессы кипения и конденсации воды в ТS диаграмме

р,h – диаграмма хладагента R22 (Хлордифторметан, CHClF2)
tкр= 96.00 °C, pкр= 49.774

Тепломассообмен Лекция 13
СОСТОЯНИЕ НАСЫЩЕНИЯ
Состояние равновесия жидкой и газообразной фаз (m

ТП Лекция 14
При кипении вещество переходит из жидкой фазы в газообразную

Тепломассообмен Лекция 3
Кипение – процесс образования пара (в виде пузырьков или

Тепломассообмен Лекция 13
Два основных режима поверхностного кипения
1. Пузырьковое кипение –

Δt
q

Тепломассообмен Лекция 13
а) однородно–эмульсионный;
б, д) расслоённый;
в, г) снарядный

ТП Лекция 14
Схема образования пузыря в несмачиваемой впадине на стенке и

– з-н Лапласа, σ – поверхностн. натяжение, Н/м;
при меньшем Δр пузырек

ТМО Лекция 12
Диаметр и частота отрыва пузырей

Тепломассообмен Лекция 13
Кривая кипения при tc , Δt = const
С увеличением

Тепломассообмен Лекция 13
Кривая и кризисы кипения при qс=const
qс – заданная независимая

ТП Лекция 14
При этой нагрузке любое случайное увеличение qс приводит к

ТМО Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
Критическая плотность теплового потока
Для воды

Тепломассообмен Лекция 13
Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении
Опыт:

Тепломассообмен Лекция 13
Сравнение коэффициентов теплоотдачи при конвекции и фазовых переходах, Вт/(м2К)

Тепломассообмен Лекция 13
Г.Н. Данилова:
M – молекулярная масса; ркр [бар] и Ткр

Теоретические основы хладотехники.
Тепломассообмен / С.Н.Богданов, Н.А. Бучко,
Э.И. Гуйко и др.;

Тепломассообмен Лекция 13
а' – точка начала кипения
а – точка окончания кипения

Тепломассообмен Лекция 13
Расчет теплообмена при развитом пузырьковом кипении
Область IIр (СИ)
R

Тепломассообмен Лекция 14
задана тепловая нагрузка q, Вт/м2
ls ~ (dкр

Тепломассообмен Лекция 12
Энергосбережение и возобновляемые источники энергии Г.И.Пальчёнок
2) задан температурный напор ∆t