Влияние давления на пленочное кипение недогретой воды

Пузина Ю.Ю.

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Рассматриваются процессы тепломассопереноса при пленочном кипении недогретой воды на шаровом нагревателе. Температура нагревателя выбирается таким образом, что на поверхности нагревателя образуется гладкая стационарная пленка. На основании простой математической модели строятся характерные зависимости и анализируются факторы влияния на толщину паровой пленки и температуру межфазной поверхности.

Постановка задачи и математическая модель

Рис. 1. Объект исследования.

Анализ результатов расчетов

Рис. 2. Зависимость радиуса паровой пленки R1 (сплошные линии)
и температуры межфазной поверхности T₁ (пунктирные линии)
от глубины погружения нагревателя h при различных температурах нагревателя T_w:
1 – T_w=400°C; 2 – T_w=600°C; 3 – T_w=800°C.

Рис. 3. Зависимость радиуса паровой пленки R1 (сплошные линии) и
коэффициента теплоотдачи в жидкости α (пунктирные линии)
от температуры ванны Tb при различных коэффициентах С_φ в формуле (7):
1 – С_φ=0.5; 2 – С_φ=1.0; 3 – С_φ=2.0.

Рис. 4. Зависимость радиуса паровой пленки R₁ (сплошная линия) и
разности между температурой межфазной поверхности T₁ и
температурой, соответствующей по линии насыщения давлению
рабочей зоны P_b (пунктирная линия), а также
коэффициента теплоотдачи α (вложенная диаграмма) от давления рабочей зоны P_b.

Заключение

Разработана модель описания стационарного пленочного кипения недогретой воды на поверхности шара в приближении гладкой пленки. Получены характерные зависимости радиуса паровой пленки и температуры межфазной поверхности от глубины погружения при различных температурах нагревателя. Показано, что температура межфазной поверхности зависит только от давления жидкости. Радиус паровой пленки пропорционален температуре нагревателя.

Представлена зависимость размера паровой пленки от недогрева воды при атмосферном давлении. В области температур ванны T_b<50°C наблюдается практически постоянное значение радиуса паровой пленки, а при T_b>50°C происходит увеличение размера пленки. Зависимость коэффициента теплоотдачи от недогрева немонотонна и имеет максимум при температуре около T_b~50°C. Из сопоставления с экспериментом можно сделать вывод о том, что следует выбирать коэффициент теплоотдачи больший по крайней мере в два раза, чем рассчитанный по предложенной в литературе методике для ламинарной естественной конвекции около шара. С уменьшением давления рабочей зоны толщина паровой пленки увеличивается, также как и отличие температуры межфазной поверхности от температуры, которой по линии насыщения соответствует давление рабочей зоны. Коэффициент теплоотдачи уменьшается. Отличия между расчетом с использованием равновесной модели и неравновесного граничного условия незначительны.

Эта страница оформлена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №11-08-00657).

Список обозначений

С_φ – коэффициент;
g – ускорение свободного падения, м/с²;
h – глубина погружения, м;
Р – давление, Па;
q – плотность теплового потока, Вт/м²;
R – индивидуальная газовая постоянная, Дж/(кг·К);
R₁ – радиус паровой пленки, м;
T – температура, К;
Греческие:
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·К);
β – коэффициент линейного расширения, 1/м;
δ – толщина пленки, м;
η – вязкость, Па·с;
λ – теплопроводность, Вт/(м·К);
ρ – плотность, кг/м³;
σ – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
Индексы:
1 – параметры на межфазной поверхности;
b – параметры на удалении о;
s – параметры на линии насыщения;
w – параметры нагревателя;
' – параметры жидкости;
" – параметры пара.

* Пузина Ю.Ю. Влияние давления на пленочное кипение недогретой воды. // Труды 6-ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – Публикация на компакт-диске. С4-33.
Пузина Ю.Ю. Влияние давления на пленочное кипение недогретой воды. // Труды 6-ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – Т. 2. С. 80-81.

Следующая страница: Переходное и пленочное кипение недогретой воды на сферических поверхностях