Явление кипения – сложное, процессы носят нестационарный (при постоянных внешних условиях – квазистационарный) и случайный (стохастический) характер. Кроме того, они зависят от большого числа характеристик, многие из которых бывают точно неизвестны или могут меняться в ходе процесса (состояние поверхности, наличие на ней загрязнений, газов, а также растворенных газов и солей в жидкости и т.п.). Поэтому многие формулы, несмотря на сложность, носят ориентировочный, усреднённый характер.
В то же время обычно и не требуется точное знание всех деталей процесса. К числу основных можно отнести следующие вопросы.
1. Количество образующегося пара при определённом тепловом потоке (в установившемся режиме) –
,
где – расход отводимого с поверхности пара, кг/с;
– подводимый через стенку тепловой поток, Вт;
– теплота фазового перехода жидкости, Дж/кг.
Это точная формула из термодинамики, если не учитывает затраты теплоты на подогрев жидкости и перегрев пара (и потери).
Замечание. а) Обычно более или менее точно бывает известно заранее, до расчёта кипения (например, нагрев ТЭНом или высокотемпературными продуктами сгорания).
|
|
б) При помощи этой зависимости можно, например, определить время выкипания заданного объёма жидкости или протяжённость участка кипения при течении в трубе.
2. Определение режима кипения, то есть сопоставление с , в частности, для обеспечения устойчивого пузырькового режима с высокими характеристиками.
Величина зависит, кроме свойств жидкости и ускорения свободного падения, также от шероховатости и ориентации поверхности (у вертикальной значения больше), а также от давления (при умеренных давлениях растёт с ростом ). Формулы имеются в справочниках. Например, полученная теоретически формула С.С.Кутателадзе
,
где – безразмерная постоянная; – плотности пара и жидкой фазы (напр., воды). Согласно этому, для воды достигает максимальных значений в (3÷3,5)∙106 Вт/м2 при давлениях порядка (60÷100)∙105 Па.
3. Определение температурного напора и температуры стенки для уточнённого расчёта теплообмена.
Как уже отмечено, связь между и выражают через обычное соотношение Ньютона . Уравнения для коэффициента теплоотдачи общего вида довольно сложные и включают много параметров.
Для воды в диапазоне давления Па принимают (где – в барах), откуда легко найти , то есть .
4. Специальные вопросы – размер и частота отрыва пузырьков, скорость их всплытия и роста в объёме жидкости и т.д.
Имеется много моделей и формул теоретического и эмпирического характера, которые при необходимости, можно найти в учебниках и справочниках.
|
|