Issiqlik uzatishning nazariy asoslari

Vazifalar
6.1. Isitgichning gorizontal yuzasidan 0,5 MPa bosimdagi qaynoq suvga issiqlik uzatish koeffitsientini aniqlang.
Isitgich sirtining issiqlik yuki 1 MVt / m2 ni tashkil qiladi.
sitgich yuzasining termal yuki bir xil bosimdagi birinchi kritikdan kamroq (yuqoriga qarang)
Vt/m2< Вт/м2.
Qaynatish rejimi ko'pikli.
B va D qo'shimchalaridan berilgan bosimda biz suv parametrlarini yozamiz
151,84 0S; = 1,17 va = 0,684 Vt / (m K).
Biz D ilovasiga muvofiq qaynoq suvda issiqlik uzatish xususiyatlarini aniqlaymiz
M;

6.5) formula bo'yicha topamiz.
(6.1) tenglama orqali aniqlang
(6.3) tenglama bo'yicha raqamni ifodalashga asoslangan issiqlik uzatish koeffitsienti

Vt/(m2 K).
6.2. (6.8) formula bo'yicha 6.1-masala shartlari bo'yicha hisobni bajaring va oldingi hisoblash natijasi bilan taqqoslang.
6.3. Tashqi diametri 38 mm va uzunligi 1 m bo'lgan quvurli elektr isitgich yuzasida 480 kPa bosim ostida suv qaynaydi. Elektr isitgich quvvati 14 kVt.
Isitgichning tashqi yuzasi haroratini aniqlang.
6.4. 1,5 MPa bosim ostida suv katta hajmda qaynatiladi. Isitgichning issiqlik yuki 1,25 MVt / m2 ni tashkil qiladi. Issiqlik uzatish koeffitsientini aniqlang.
Hisoblashni (6.1) va (6.8) tenglamalarga muvofiq bajaring.
6.5. Suv 0,62 MPa bosim ostida bo'lgan katta hajmdagi qaynoq suv paytida isitish sirtining issiqlik yukini aniqlang. Isitish sirtining harorati 175 0C.
Qaror
Suv bosimi = 0,62 MPa bo'lsa, biz B va D ilovalaridan yozamiz:
160 ºS; = 1,1 va = 0,68 Vt / (m K).
Biz qaynatishning qabariq rejimini qabul qilamiz.
D ilovasidan topamiz
0,526 K– 1 va = m.
Biz aniqlaymiz
Bu holda (6.6) tenglamaga muvofiq
Issiqlik uzatish koeffitsienti
Kritik termal yuk

W / m2, bu muammoning shartlari bo'yicha hisoblanganidan ancha ko'p. Qaynatish rejimi ko'pikli.
6.6. Katta hajmda qaynayotgan suvdan 1 soatda 250 kg quruq to`yingan bug` olish kerak. kerakli sirt isitish, agar bug 'bosimi 0,8 MPa va isitish sirtining harorati 180 ºS bo'lsa.
6.7. Suvning pufakchali qaynashi elektr qozon simining yuzasida 0,15 MPa bosimda katta hajmda sodir bo'ladi. Tel diametri 3 mm, va qarshilik- Om m.
Suvning ruxsat etilgan haddan tashqari qizishi 20 ºS dir.
Ruxsat etilgan oqimni aniqlang.
6.8. Umumiy isitish yuzasi 12 m2 bo'lgan bug 'generatorida qaynoq suvdan 0,02 MPa bosimli quruq to'yingan bug' olinadi. Isitish yuzasida 17 ºS ga teng bo'lgan harorat farqida apparatning bug' sig'imini aniqlang.
6.9. Qaynayotgan suv uchun issiqlik uzatish koeffitsientini va bug'latgichda 1 soat ichida hosil bo'lgan bug'ning massasini hisoblang. umumiy maydoni isitish yuzasi 5 m2, isitish yuzasida qaynoq suvning haddan tashqari qizishi 12 ºS, hosil bo'lgan bug 'ho'l, quruqlik darajasi 0,9 bilan to'yingan, bug' bosimi 0,17 MPa.
6.10. Aniqlash talab qilinadigan maydon bug' quvvati 10 t/soat bo'lgan qozonning bug'lanish yuzasi. Suv bug'ining bosimi 1,4 MPa, bug' quruq to'yingan. Isitish yuzasida harorat farqi teng
10 ºS. Hisoblash katta hajmdagi yadroviy qaynash sharoitida amalga oshiriladi.
6.11. Bir xil isitish yuzasi bilan bug 'chiqarishni 2 barobar oshirish uchun 6.10-masala sharoitida qanday harorat farqi ta'minlanishi kerak.
Haroratni hisobga olgan holda qaynoq suv uchun issiqlik uzatish koeffitsientini aniqlang ichki yuzasi 173 ºS ga teng quvurlar.
6.15. Quvurning ichki yuzasi haroratini aniqlang, agar sirtning termal yuki 0,5 MVt / m2, qaynoq suvning tezligi 1,5 m / s, suv bosimi 1,26 MPa bo'lsa. Quvurning ichki diametri 38 mm.
Qaynatish bug'lanish bug'lanish deb ataladi, bu to'yinganlik haroratidan yuqori qizdirilgan suyuqlik ichidagi suyuqlik va bug 'fazalari o'rtasida yangi erkin interfeyslarning paydo bo'lishi bilan tavsiflanadi.
xarakterli xususiyat qaynash jarayoni bug 'pufakchalarining hosil bo'lishidir. Suyuq qaynatishni farqlang yuzaki va hajmli.
Yuzaki qaynash suyuqlikning harorati ma'lum bosimdagi to'yinganlik haroratidan yuqori bo'lganda va issiqlik almashinuvi yuzasining harorati qaynayotgan suyuqlik haroratidan yuqori bo'lganda sodir bo'ladi. Bug 'pufakchalarining shakllanishi to'g'ridan-to'g'ri issiqlik almashinuvi yuzasida sodir bo'ladi.
Suyuqlik ma'lum bosimdagi to'yinganlik haroratiga nisbatan sezilarli darajada qizib ketganda hajmli qaynash sodir bo'lishi mumkin. Bug 'pufakchalari butun hajmda paydo bo'ladi.
Yuzaki qaynash eng keng tarqalgan.
Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, bug 'pufakchalari suyuqlikning haddan tashqari qizib ketgan chegara qatlamida faqat qizdirilgan sirtda va faqat shu sirtning alohida nuqtalarida hosil bo'ladi, ular deyiladi. bug'lanish markazlari, bu devorning o'zida tartibsizliklar, shkala zarralari va suyuqlikdan chiqarilgan gaz pufakchalari.
Hosil bo'lgan bug 'pufakchalari soni qancha ko'p bo'lsa, bug'lanish markazlari qanchalik ko'p bo'lsa, chegara qatlami qanchalik qizib ketgan bo'lsa, harorat farqi shunchalik katta bo'ladi yoki isitish yuzasining issiqlik yuki shunchalik ko'p bo'ladi.
Muayyan o'lchamga erishilganda, bug 'pufakchalari sirtdan ajralib, yuqoriga suzib yuradi va ularning o'rnida yangi pufakchalar paydo bo'ladi. Bug 'pufakchalarining kattaligi ko'p jihatdan suyuqlikning namlash qobiliyatiga bog'liq. Agar suyuqlik issiqlik almashinuvi yuzasini yaxshi ho'llasa, u holda bug 'pufakchasi osongina parchalanadi . Agar qaynayotgan suyuqlik sirtni ho'llamasa, unda bug 'pufakchasi qalin oyog'iga ega va pufakning faqat bir qismi chiqib ketadi va oyog'i sirtda qoladi. .
Isitilgan sirtdan ajralishdan oldin pufakchalarning o'sishi va ajralgandan keyin harakatlanishi suyuqlikning chegara qatlamida intensiv aylanishini va aralashishini keltirib chiqaradi, buning natijasida sirtdan suyuqlikka issiqlik o'tkazish intensivligi keskin oshadi. Ushbu rejim deyiladi yadroli qaynash.
Harorat farqining oshishi yoki issiqlik oqimining zichligi oshishi bilan bug'lanish markazlarining soni doimiy ravishda oshib boradi va nihoyat, ularning soni shunchalik ko'pki, alohida bug 'pufakchalari doimiy bug 'qatlamiga birlashadi, ular vaqti-vaqti bilan ba'zi qatlamlarda parchalanadi. joylashadi va hosil bo'lgan bug 'qaynayotgan suyuqlik hajmiga kiradi. Ushbu qaynatish rejimi deyiladi film. Uzluksiz bug 'qatlami, bug'ning past issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli katta hajmni ifodalaydi termal qarshilik. Devordan suyuqlikka issiqlik uzatish keskin pasayadi va harorat farqi sezilarli darajada oshadi. Bunday holda, issiqlik uzatish koeffitsienti pasayadi va agar issiqlik miqdori o'tkazilsa q tenglamadan kelib chiqqan holda o'zgarishsiz qoladi q=a( t s – t g), suyuqlikning doimiy haroratida devor haroratining sezilarli darajada oshishi kerak t c. Sirt haroratining oshishi devorning yonishi va apparatning ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, suyuqlik erkin harakat sharoitida katta hajmda qaynaganda, issiqlik uzatish koeffitsienti suyuqlikning fizik xususiyatlariga, harorat farqiga va bosimga bog'liq. Rasmda suvning qaynayotganda issiqlik uzatish koeffitsientining o'zgarishi va issiqlik oqimi zichligining D ga bog'liqligi grafigi ko'rsatilgan. t. Past harorat farqlarida issiqlik uzatish koeffitsientining qiymati bir fazali suyuqlikning erkin konvektsiya shartlari bilan belgilanadi (bo'lim). AB). D ortishi bilan t issiqlik uzatish koeffitsienti tez ortadi va kuchli yadro qaynashi sodir bo'ladi. Shu nuqtada Kimga qaynatish rejimi o'zgaradi. Pufakchali qaynash plyonkali qaynashga aylanadi va D ning yanada ortishi bilan t issiqlik uzatish koeffitsienti keskin pasayadi. Bu o'tish pufakchalarning shu qadar qizg'in shakllanishi bilan birga keladiki, ular sindirishga va suyuqlikni devordan ajratib turadigan doimiy bug 'plyonkasini hosil qilishga vaqtlari yo'q va qaynash plyonkaga aylanadi. D qiymatlari t,ai q, qaynatishning qabariq rejimining plyonkaga o'tish momentiga mos keladigan, deyiladi tanqidiy.

Suvni yadroli qaynatishda issiqlik uzatish koeffitsientini hisoblash (bosimda R= 0,02-8 MPa) oddiy hisoblash formulalari:
a = 3.15 R 0,15 q 0,7; a=46D t 2,33 R 0,5 ,
qaerda D t= t bilan - t quduq - harorat boshi; R - bug 'bosimi, bar; q- issiqlik oqimining zichligi, Vt / m 2 .
Ushbu turdagi issiqlik uzatish yuqori intensivlik bilan tavsiflanadi va unda sodir bo'ladi kimyoviy texnologiya, masalan, bug'lanish, suyuqliklarni distillash kabi jarayonlarni bug'latgichlarda bajarishda sovutish moslamalari va boshqalar.Qaynatish paytida issiqlik uzatish jarayoni juda murakkab va juda ko'p tadqiqotlar olib borilganiga qaramay, hali etarli darajada o'rganilmagan.
Qaynatishning paydo bo'lishi uchun, birinchi navbatda, suyuqlikning harorati to'yinganlik haroratidan yuqori bo'lishi va bug'lanish markazlarining mavjudligi ham zarur. Isitish yuzasida qaynatish va suyuqlikning asosiy qismida qaynatish o'rtasida farqlang. Qaynatishning birinchi turi suyuqlik bilan aloqa qiladigan sirtdan issiqlik bilan ta'minlanishi bilan bog'liq. Suyuqlik hajmida qaynash mavjudligi bilan bog'liq ichki manbalar issiqlik yoki suyuqlikning sezilarli darajada qizib ketishi, masalan, bosimning keskin pasayishi (muvozanatdan past) bilan sodir bo'ladi. Kimyoviy texnologiyada qaynashning eng muhim turi sirt qaynashidir.
Issiqlikni devordan qaynoq suyuqlikka o'tkazish uchun devorni bu suyuqlikning to'yinganlik haroratiga nisbatan haddan tashqari qizdirish kerak. Shaklda. 11-9 issiqlik uzatish koeffitsienti va o'ziga xos issiqlik yukining haroratga tipik bog'liqligini ko'rsatadisuyuqlik qaynayotgandagi bosim Dt= tst -tboil (tst, tboil - mos ravishda qaynayotgan suyuqlik tomondan devor harorati va qaynash harorati). AB hududida suyuqlikning haddan tashqari qizishi kichik (Dt< 5 К),
Pufakchali qaynash rejimida issiqlik uzatishning yuqori intensivligi chegara qatlami y, devor sirtining turbulentligi isitish yuzasidagi mikrokavitlarda hosil bo'lgan bug 'pufakchalarining soni va hajmiga mutanosib bo'lishi bilan izohlanadi. Bug'lanish markazlariga yaqin joylarda) suyuqlikning bir qismi bug'lanadi, bug 'pufakchalarini hosil qiladi, ular ko'tarilib, hajmi ortib, suyuqlikning katta massasini o'ziga singdiradi. Kiritilgan va bug'langan suyuqlik yangi oqimlar bilan almashtiriladi, shuning uchun isitish yuzasi yaqinida suyuqlikning intensiv aylanishini hosil qiladi, bu esa issiqlik uzatish jarayonining sezilarli tezlashishiga olib keladi. C nuqtasida issiqlik uzatish koeffitsienti maksimal o'ziga xos issiqlik yukiga (O nuqtasi) mos keladigan maksimal qiymatga etadi. Dt ning yanada oshishi bilan issiqlik uzatish koeffitsientining keskin pasayishi kuzatiladi. Bu qandaydir kritik qiymatda Dt ekanligi bilan izohlanadi = Dt cr bir-biriga yaqin hosil bo'lgan pufakchalarning birlashishi (birlashishi) sodir bo'ladi.
Bunday holda, rasmdagi l qiymati. bug 'pufakchalarining diametridan kichikroq bo'ladi va devor yuzasi yaqinida bug 'plyonkasi paydo bo'ladi, bu esa issiqlik uzatish jarayoniga qo'shimcha termal qarshilik yaratadi. Issiqlik uzatish koeffitsienti keskin kamayadi (o'nlab marta). Albatta, bug'ning hosil bo'lgan plyonkasi beqaror, u doimo yo'q qilinadi va yana paydo bo'ladi, lekin oxir-oqibat bu issiqlik uzatishni jiddiy ravishda buzadi. Ushbu qaynatish rejimi deyiladi film. Ko'rinib turibdiki, plyonkani qaynatish rejimi juda istalmagan.Pufak rejimidan plyonka rejimiga o'tishga mos keladigan harorat farqi, issiqlik uzatish koeffitsienti va solishtirma issiqlik yukining qiymatlari kritik deb ataladi.
Bug 'pufakchasi isitish yuzasining mikro bo'shliqlarida hosil bo'ladi. Muayyan diametrga yetib, pufak sirtdan ajralib chiqadi. Yaxshi namlangan yuzalarda qabariq to'p shakliga ega bo'lgan isitish yuzasidan ajralib chiqadi. Ko'tarilganda, qabariq ichidagi suyuqlikning bug'lanishi tufayli hajmi oshadi, tekislanadi va murakkab ko'tarilish traektoriyasi bilan qo'ziqorin shaklini oladi. Bunday holda, pufakchalarning uzluksiz ezilishi va birlashishi sodir bo'ladi. Pufakchaning ajralish momenti pufakchaga ta’sir etuvchi Arximed kuchi va pufakni devorda ushlab turuvchi suyuqlikning sirt taranglik kuchining tenglik holatiga mos keladi. Agar devor yuzasida hosil bo'lgan qabariq sharsimon shaklga yaqin shaklga ega deb faraz qilsak, ajralish momentida do qiymati bog'liqlik bilan ifodalanadi.
bu erda pzh va pp mos ravishda suyuqlik va bug'ning zichligi; s sirt tarangligi interfeysdagi suyuqliklar; b-aloqa burchagi
Shunday qilib, qabariq qaynash vaqtida issiqlikni tashish devordan suyuqlikka issiqlik uzatishdan iborat bo'lib, keyin issiqlik bug'lanish issiqligi shaklida suyuqlik bilan pufakchalarning ichki yuzasiga o'tkaziladi. Issiqlikning devordan to'g'ridan-to'g'ri pufakchaga o'tishi ahamiyatsiz, chunki pufakchalarning devor bilan aloqa yuzasi juda kichik va bug'ning issiqlik o'tkazuvchanligi ham past. Suyuqlikdagi issiqlik bug 'pufakchalariga o'tishi uchun suyuqlik bug' haroratidan biroz yuqoriroq haroratga ega bo'lishi kerak. Shuning uchun qaynayotganda suyuqlik qaynayotgan suyuqlik yuzasidan to'yingan bug'ning haroratiga nisbatan biroz qizib ketadi.
Qaynatish paytida issiqlik uzatish tezligi juda ko'p turli xil omillarga bog'liq (suyuqlikning fizik xususiyatlari, bosim, harorat farqi, isitish yuzasi materialining xususiyatlari va boshqalar), ularning ta'sirini hisobga olish juda qiyin. jarayonga va ularni yagona qaramlikka kamaytirish. qaynash vaqtida issiqlik uzatish intensivligiga ta'sir qiluvchi ko'plab miqdorlar majmuasi