Теплоотдача при пленочном режиме кипения жидкости

Пленочный режим кипения возникает при большом количестве центров парообразования. У поверхности паровые пузырьки сливаются в пленку, которая отделяет обогреваемую поверхность от жидкости. Термическое сопротивление слоя пара толщиной δ_п выше, чем термическое сопротивление жидкости. Существенное влияние на термическое сопротивление пленки имеют теплофизические свойства пара. При высоких температурах поверхности перенос тепла зависит не только от теплопроводности парового слоя, но и от интенсивности излучения. Часть тепла идет на перегрев пара в пленке.

Образование и течение пара около вертикальной обогреваемой стенки описывается уравнением неразрывности движения вязкой среды и энергии со следующими граничными условиями (рис. 11.2.):

– условия на стенке y=0: T=T_c, ω_x=0; (11.37)

– условия на границе фаз y= δ_п(x): ω_п= ω_ж, t_п=t_ж=t_н,

(11.38)

– при y→ ∞: ω_ж→0, t_ж→ t_ж∞. (11.39)

При ламинарном течении пленки средний коэффициент теплоотдачи на вертикальной стенке высотой H определяется полуэмпирической формулой:

(11.40)

где С_н=0,667 при неподвижной жидкости, С_н=0,943 с учетом движения жидкости (11.38).

Средний коэффициент теплоотдачи при кипении жидкости на наружном диаметре горизонтально расположенной трубы с диаметром d определяется по формуле аналогичной (11.40):

(11.41)

где С_d=0,53 при неподвижной жидкости, С_d=0,72 с учетом движения жидкости (11.38).

Рис.11.2 Схема движения паровой пленки (I.) и жидкости (II.) вблизи обогреваемой поверхности.

Характерные результаты численных решений для распределения температуры в паровой пленке приведены на рисунке 11.3.

Рис.11.3 Распределение температуры по толщине пленки (Pr_п=1, ).

Как показали результаты экспериментальных исследований, кроме величин входящих в (11.40), на коэффициент теплоотдачи влияют параметры К_п = , , а также К_волн, учитывающий волновое движение плёнки:

(11.42)

При турбулентном течении паровой пленки используют формулу вида

(11.43)

где , – критерий Нуссельта при свободной конвекции однофазной среды вблизи вертикальной стенки; g∙β∙ρ∙ΔT=g∙(ρ_ж– ρ_п), с=0,25, Gr и Pr вычисляются при средней температуре паровой пленки, – паросодержание потока; для воды при давлении 4,0–22 МПа

(11.44)

Из формулы (11.44) следует, что по мере роста паросодержания потока коэффициент теплоотдачи возрастает