ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Часть С. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Глава тринадцатая. Свойства теплового излучения из "Теория тепло- и массообмена" Испарение жидкости может ироисходить таким образом, что пар образуется в пространстве между жидкостью и паром. Это происходит, например, в том случае, когда тепло испарения лодводится к жидкости непосредственно на ее поверхность, как, например, радиацией, направленной к поверхности и поглощенной на поверхности жидкости. Этот процесс испарения подобен процессу таяния, рассмотренному в главе о теплопроводности, и может быть вычислен в основном теми же методами. [c.418] В практике в большинстве случаев тепло передается жидкости от твердой поверхности, с которой соприкасается жидкость, и пар образуется в виде пузырей, которые возникают и растут на греющей поверхности, затем, достиг. ув определенного размера, отделяются и поднимаются через жидкость. Этот ВИД испарения называется кипением. Оно и будет рассмотрено в этом разделе. Сложная природа процесса кипения долгое время ограничивала наши знания только сбором опытных данных. Однако недавно в этой области был сделан значительный прогресс путем тщательного экспериментального изучения и путем развития моделей, которые значительно упрощают действительный процесс, благодаря чему можно применить анализ размерностей и аналитичеокие методы. Можно ожидать, что в недалеком будущем теплообмен при кипении часто можно будет предсказывать путем анализа точно так же, как другие виды теплообмена, обсуждавшиеся в предыдущих разделах. [c.418] Было установлено, что на процесс кипения также влияет движение жидкости возле греющей поверхности. Если эта поверхность погружена в большой сосуд, то движение жидкости образуется только свободной конвекцией или движением пузырей. Этот вид кипения классифицируется как кипение в бассейне. Если, с другой стороны, кипение происходит на стенках трубы, через которую течет жидкость со значительной скоростью, то эта скорость влияет иа рост пузырей и их отделение. Такое кипение называется кипением при вынужденной конвекции. [c.419] Наиболее полно исследованным является бассейновое кипение с чистым испарением. Поэтому этот процесс будет рассмотрен детально в следующих параграфах. Рассмотрение будет затем перенесено на локальное кипение с вынужденной конвекцией, наконец, несколько замечаний будет сделано о кипении при вынужденной конвекции с чистым испарением. [c.419] Термодинамика показывает, что давление насыщенного пара, находящегося в равновесии с жидкостью при определенной температуре, разделенных плоской поверхностью больше, чем давление насыщения на кривой вогнутой поверхности. Эта разность, однако, мала по сравнению с разностью давледий, определенной уравнением (12-14), до тех пор, пока давление испарения не приближается близко к критическому давлению кипящей жидкости. [c.421] Эскиз пузырька пара Рис. 12-8. Эскиз пузырька пара на в жидкости. поверхности. [c.422] Угол р зависит от относительной величины различных поверхностных натяжений. Он может быть меньше или больще 90°. Считают, что в первом случае жидкость смачивает поверхность. Когда угол р больше, чем 90°, поверхность считается н е с м а чи в а е м о й. Часто принимают, что существует тонкая пленка пара между жидкостью и твердой несмачиваемой поверхностью, даже когда не происходит кипение. Ясно, что условие смачиваемости поверхности сильно влияет на образование пузырей. [c.422] Теперь рассмотрим процесс теплообмена, связанный с кипением. Рис. 12-6 показывает, что термическое сопротивление в процессе испарения в основном сосредоточено в тонком тепловом пограничном слое на нагретой поверхности. Поэтому при анализе теплообмена при кипении внимание должно быть сконцентрировано именно а этой области. [c.423] Опыты с кипением жидких металлов указывают на сильное влияние смачиваемости поверхности. Оказалось, что в несмачивающей жидкости цузырчатото кипения вовсе не происходит. [c.428] Тот факт, что коэф1фициенты1 теплообмена от поверхности в кипящую жидкость очень велики, делает этот про-цеос очень эффективным для охлаждения. Например, этот процесс попользуется ири регенеративном охлаждении стенок камер сгорания. ракет. При этом применении одно из топлив продувается вдоль стенки камеры сгорания. Обычно тепловой поток настолько велик, что локально температура насыщения жидкости превышена и образование пузырьков происходит рядом со стенкой. Однако внутри охладителя температура ниже, ч-ем температура испарения, и пузырьки разрушаются, как только они отделяются от поверхности и проникают внутрь жидкости. Этот процесс переноса тепла должен быть охарактеризован как вынужденно-конвективное локальное кипение. Он интенсивно изучался в последние годы. Если, например, вода продувается через трубку и если трубка нагревается снаружи, то тепловой поток на единицу площади стенки трубы подчиняется закону, показанному на рис. 12-12, который представляет результаты экспериментов Розенова и Кларка [Л. 241]. Сначала тепловой поток возрастает с увеличением разности между температурой стенки и всей температурой с той же скоростью, что и для вынужденного потока с испарением (линия Колберна). Однако как только происходит образование пузырьков на поверхности, увеличение теплового потока становится очень быстрым и требуемая температурная разность почти не зависит от величины теплового потока. В то же время найдено, что различные кривые, показанные на рисунке, зависят от величины температуры насыщения. Розенов и Кларк показали, что эти кривые можио свести в одну линию путем нанесения на график теплового потока на единицу площади, выраженного через разность между температурой стенки и температурой насыщения вместо температуры стенки минус объемная температура. [c.430] Это показывает, что основное сопротивление тепловому потоку сосредоточено возле поверхности и на него оказывает большее влияние температура насыш ения, чем объемная температура. Тот факт, что в области пузырчатого кипения вынужденный поток имеет небольшое влияние на перенос тепла, был указан раньше. [c.431] Для более тщательного обсуждения и для эмпирических соотношений, описывающих этот дв ухфазный поток, и других случаев теплообмена лри испарении сделаны ссылки на литературу (Л. 242]. [c.432] Основные положения. Все вещества — твердые тела, а также жидкости и газы — при нормальны х и особенно при по вышенных температурах выделяют энергию в виде излучения и обладают способностью поглощать такую энергию. [c.433] Поэтому все процессы теплообмена (в большей или меньшей степени сопровождаются лучистым теплообменом. [c.433] В некоторых случаях лучистый теплообмен так мал, что им можно пренебречь, илн его природа такова, что он просто включается в кондуктивный теплообмен. Это обычно случается с твердыми н жидкими телами. В газах, однако, лучистый теплообмен настолько отличается по своей природе от кондуктивного и конвективного теплообмена, что его надо рассматривать отдельно. Часть С поавящена лучистому теплообмену. [c.433] Лучистый теплообмен будет рассматриваться в гл. 14. [c.434] Вернуться к основной статье