8-сабақ. Сұйықтықтарды қайнату кезіндегі жылу алмасу. Сұйықтықты қайнату режимдері
жүктеу/скачать 77,95 Kb.
|
8-сабак масса-обмен
- Бұл бет үшін навигация:
- Қайнау процесінің жүруіне қажетті жағдайлар
|
8-сабақ.Сұйықтықтарды қайнату кезіндегі жылу алмасу. Сұйықтықты қайнату режимдері Қайнау - сұйықтықтың қалыңдығындағы қайнау (қанықтыру) температурасында болатын булану процесі. Бұл жағдайда фазалық ауысудың жылуы жұтылады, нәтижесінде процесті қолдау үшін жылуды үздіксіз беру қажет, яғни. қайнау жылу берумен байланысты. Қайнаған кезде бу фазасы көпіршіктер түрінде түзіледі. Қыздырылған қайнамайтын сұйықтықта еріксіз ағын болмаған жағдайда жылу шекаралық қабат арқылы еркін конвекция және жылу өткізгіштік арқылы беріледі. Қайнау кезінде заттың және жылу массасының шекаралық қабаттан сұйық көлеміне ауысуы да бу көпіршіктері арқылы жүзеге асады, олар көтеріле отырып, сұйықтықтың қарқынды араласуын және шекаралық қабаттың турбуленттігін тудырады.Себебі жылу әдетте жылу алмасу беті арқылы беріледі, бұл бетінде де көпіршіктер пайда болады. Егер беті үлкен көлемдегі сұйықтыққа батырылған болса, оның еріксіз қозғалысы жоқ болса, онда мұндай процесс үлкен көлемде қайнау деп аталады. Жылу энергетикасында қайнау процестері көбінесе қыздыру бетінде (құбыр беттері, қазандық қабырғалары және т.б.) кездеседі. қайнату режимдері.Қайнаудың екі режимі бар: көпіршік режимі, бу бетінде жекелеген мезгіл-мезгіл пайда болатын көпіршіктер түрінде пайда болған кезде және қабықшалы қайнау режимі, бетке жақын көпіршіктердің саны соншалықты үлкен болғанда, олар бір буға біріктіріледі. пленка, ол арқылы қыздырылған беттегі жылу сұйық жылу өткізгіштіктің көлеміне беріледі. Будың жылу өткізгіштік коэффициенті суға қарағанда шамамен 30 есе аз болғандықтан, бу пленкасы арқылы жылу өткізгіштіктің жылу кедергісі күрт артады, бұл жылу алмасу бетінің күйіп кетуіне әкелуі мүмкін. Сондықтан жылу электр станцияларында бұл режимге рұқсат етілмейді. Қайнау процесінің жүруіне қажетті жағдайлар. Қайнаудың пайда болуы үшін екі жағдай қажет және жеткілікті: сұйықтық қысымындағы қанығу температурасына қатысты сұйықтықтың қызып кетуі және сұйықтарда әртүрлі қосындылар болуы мүмкін булану орталықтарының болуы (қатты бөлшектер мен газ көпіршіктері), сондай-ақ кедір-бұдырлықпен байланысты жылу алмасу бетіндегі ойыстар мен ойыстар ретінде. Сұйықтық түбі қыздырылған ыдыста болсын. Егер сұйықтық қайнап жатса, онда сұйық үстіндегі будың температурасы . Сұйықтықтың өзінде температура әрқашан сәл жоғары. Қыздырылған түбіне жақындаған кезде температура іс жүзінде өзгермейді. Тек түбіне тікелей жақын жерде ол күрт өседі. Суреттен шығатыны, ең үлкен қызып кету () жылу алмасу бетінде байқалады, бірақ кедір-бұдыр түріндегі булану орталықтары да бар. Бұл көпіршіктердің жылу алмасу бетінде дәл пайда болуының себебін түсіндіреді. Көпіршіктің дамуы үшін, яғни. көпіршіктің бетінен оған сұйықтықтың булануы есебінен көлемі ұлғаяды, ондағы бу қысымы қоршаған сұйықтық пен беттік керілу күшінің әсерінен болатын қысымнан үлкен болуы керек. Қысым мен қанығу температурасы бір-бірімен тығыз байланысты: қысым неғұрлым жоғары болса, қанығу температурасы соғұрлым жоғары болады. Осыдан қайнаудың (бу көпіршіктерінің пайда болуы) пайда болу шарттарының бірі сұйықтықтың қызып кетуі неліктен екені белгілі болады. Көпіршіктің көлемі оны жұлып алуға ұмтылатын көтеру күші оны бетіне ұстап тұрған күштерден үлкен болғанша артады. Көпіршікті бөлу кезіндегі мөлшері бөлу диаметрімен сипатталады. Ажыратылған көпіршік жоғары қарай жылжиды, көлемінің ұлғаюын жалғастырады. Сұйық-бу интерфейсінде көпіршік жарылады. Көпіршіктер жылу алмасу бетінде пайда болып, өсіп, үзілетіндіктен, олар сол арқылы негізгі жылу кедергісі болып табылатын шекаралық қабатты бұзады. Сондықтан қайнау кезіндегі жылу алмасу өте қарқынды процесс. Су үшін, мысалы, коэффициент (10 ... 40) 10 3 Вт / (м 2 × К) жетеді. Қайнау процесінде жылу алмасу беті ішінара бу фазасымен, ішінара сұйық фазамен жанасады. Бірақ , демек, жылу негізінен сұйық ортаға беріледі, яғни. оның қызып кетуіне барады, содан кейін ғана қатты қызған сұйықтық көпіршіктердің бетінен оларға буланады. Суретте коэффициенттің тәуелділігі көрсетілген (сұйықтықтың қызып кетуі). Келесі қайнау аймақтарын бөлуге болады. Төмен температура айырмашылығында жылу беру негізінен еркін конвекция шарттарымен анықталады, өйткені түзуші көпіршіктердің саны аз және олар шекаралық қабатқа айтарлықтай әсер етпейді - бұл конвективтік қайнау аймағы I. Бұл аймақта , жылу беру коэффициенті пропорционал. Сұйықтықтың қызып кетуі артқан сайын кедір-бұдыр азайып, булану орталықтары қызметін атқара алады және бұл олардың санының ұлғаюына әкеледі, сонымен қатар әрбір булану орталығында көпіршіктердің бөліну жиілігі артады. Бұл шекаралық қабаттағы айналымның ұлғаюын тудырады, нәтижесінде жылу беру күрт артады. Дамыған көпіршікті қайнау режимі (II аймақ) орнатылады. пропорционалды. Температура айырмашылығының одан әрі ұлғаюымен () көпіршіктердің саны соншалықты үлкен болады, олар біріктіре бастайды, нәтижесінде беттің ұлғайған бөлігі жылу өткізгіштігі болып табылатын бу фазасымен жанасады. сұйықтықтарға қарағанда төмен. Демек, жылу беру максимумға жеткенде, сұйықтықты қыздыру бетінен бөлетін үздіксіз бу пленкасы пайда болғанша (өту режимі III) төмендей бастайды. Қайнаудың бұл режимі қабықшалы қайнау деп аталады (IV аймақ). Соңғы жағдайда коэффициент іс жүзінде -ге тәуелсіз. Суретте жылу беру коэффициентінің жылу ағынының тығыздығына эксперименталды түрде алынған тәуелділігі көрсетілген еркін конвекция жағдайында су үлкен көлемде қайнағанда. Суреттен жылу ағынының тығыздығының жоғарылауымен жылу беру коэффициентінің жоғарылайтыны шығады (О - А бөлімі). Бұл бөлім көпіршікті қайнату режиміне сәйкес келеді. Жеткен кезде жылу ағынының тығыздығы \u003d Вт / м 2, жылу беру коэффициенті күрт төмендейді (A - D сызығы) - көпіршікті режим пленкамен ауыстырылады. D–D бөлімі фильм режиміне сәйкес келеді. Қайнаудың көпіршікті режимінің пленкаға ауысу құбылысы деп аталады бірінші қайнау дағдарысы (). Көпіршікті режимнен пленка режиміне көшу кезінде температура айырмашылығы айтарлықтай артады. Пленкадан ядролық қайнауға кері өту жылу ағынының тығыздығында жүреді Вт / м 2 (B - C сызығы), бұл шамамен 4 есе аз. Қабықшалы қайнаудан көпіршікті қайнауға өту құбылысы екінші қайнау дағдарысы () деп аталады. А - В қисығының кесіндісі өту режимін сипаттайды, мұнда көпіршікті және пленка режимдері бір уақытта қыздыру бетінің әртүрлі бөліктерінде бірге өмір сүре алады. Қайнаубулану қанығу температурасынан жоғары қыздырылған сұйықтықтың ішінде сұйық пен бу фазалары арасында жаңа бос интерфейстердің пайда болуымен сипатталатын булану деп аталады. Қайнау процесінің тән ерекшелігі бу көпіршіктерінің пайда болуы болып табылады. Сұйықтықты қайнатуды ажыратыңыз үстіртжәне көлемдік. Беттік қайнау сұйықтың температурасы берілген қысымда қанығу температурасынан жоғары, ал жылу алмасу бетінің температурасы қайнап жатқан сұйықтықтың температурасынан жоғары болғанда жүреді. Бу көпіршіктерінің пайда болуы тікелей жылу алмасу бетінде жүреді. Көлемдік қайнау сұйықтық берілген қысымдағы қанығу температурасына қатысты айтарлықтай қызған кезде пайда болуы мүмкін. Бүкіл көлемде бу көпіршіктері пайда болады. Беткейлік қайнау ең көп таралған. Бақылаулар көрсеткендей, бу көпіршіктері сұйықтың қызып кеткен шекаралық қабатында тек қызған бетінде және осы беттің жекелеген нүктелерінде ғана пайда болады. булану орталықтары, бұл қабырғаның өзіндегі бұзушылықтар, шкала бөлшектері және сұйықтықтан бөлінген газ көпіршіктері. Түзілген бу көпіршіктерінің саны неғұрлым көп болады, соғұрлым булану орталықтары көбірек болады, шекаралық қабат соғұрлым қызып кетсе, соғұрлым температура айырмашылығы немесе қыздыру бетінің жылу жүктемесі үлкен болады. Белгілі бір мөлшерге жеткенде, бу көпіршіктері жер бетінен үзіліп, қалқып шығады, олардың орнында жаңа көпіршіктер пайда болады. Бу көпіршіктерінің мөлшері көбінесе сұйықтықтың сулану қабілетіне байланысты. Егер сұйықтық жылу алмасу бетін жақсы ылғалдандырса, онда бу көпіршігі оңай үзіледі . Егер қайнаған сұйықтық беті суланбаса, онда бу көпіршігі қалың аяғы бар және көпіршіктің бір бөлігі ғана шығады, ал аяғы бетінде қалады. . Көпіршіктердің қыздырылған бетінен бөліну алдында өсуі және олардың бөлінуден кейінгі қозғалысы шекаралық қабаттағы сұйықтықтың қарқынды циркуляциясын және араласуын тудырады, соның нәтижесінде бетінен сұйықтыққа жылу беру қарқындылығы күрт артады. Бұл режим деп аталады ядролық қайнау. Температура айырмашылығының жоғарылауымен немесе жылу ағынының тығыздығының жоғарылауымен булану орталықтарының саны үздіксіз артады және, сайып келгенде, олардың көптігі сонша, жеке бу көпіршіктері үздіксіз бу қабатына біріктіріледі, ол кейбір жерлерде мезгіл-мезгіл бұзылады. орналасады, ал пайда болған бу қайнап жатқан сұйықтықтың көлеміне енеді. Бұл қайнау режимі деп аталады фильм.Үздіксіз бу қабаты будың төмен жылу өткізгіштігіне байланысты үлкен жылу кедергісін көрсетеді . Қабырғадан сұйықтыққа жылу беру күрт төмендейді, ал температура айырмашылығы айтарлықтай артады. Бұл жағдайда жылу беру коэффициенті төмендейді және егер берілген жылу мөлшері болса qтеңдеуден келесідей өзгеріссіз қалады q=a( т с – t g), сұйықтықтың тұрақты температурасында қабырға температурасының айтарлықтай жоғарылауы орын алуы керек t c.Беткі температураның жоғарылауы қабырғаның күйіп қалуына және құрылғының істен шығуына әкелуі мүмкін. Зерттеулер көрсеткендей, сұйықтық еркін қозғалыс жағдайында үлкен көлемде қайнағанда, жылу беру коэффициенті сұйықтықтың физикалық қасиеттеріне, температура айырмашылығына және қысымға байланысты. Суретте судың қайнау кезіндегі жылу беру коэффициентінің өзгеруінің және жылу ағынының тығыздығының D-ге тәуелділігінің графигі көрсетілген. т. Төмен температура айырмашылығы кезінде жылу беру коэффициентінің мәні бір фазалы сұйықтықтың еркін конвекциясының шарттарымен анықталады (секция). AB). D ұлғайған сайын тжылу беру коэффиценті тез артады және интенсивті ядролық қайнау жүреді. Нүктеде Кімгеқайнау режимі өзгереді. Көпіршікті қайнау пленкалық қайнауға айналады және D одан әрі жоғарылайды тжылу беру коэффициенті күрт төмендейді. Бұл ауысу көпіршіктердің қарқынды қалыптасуымен бірге жүреді, олар үзіліп, сұйықтықты қабырғадан оқшаулайтын үздіксіз бу қабығын түзуге уақыт таппайды, ал қайнау пленкаға айналады. D мәндері т,ай qҚайнаудың көпіршікті режімінің пленкаға ауысу сәтіне сәйкес келетін , деп аталады сыни. Судың ядролық қайнауы кезіндегі жылу беру коэффициентін есептеу (қысыммен Р= 0,02-8 МПа), қарапайым есептеу формулалары ұсынылады: a = 3.15 Р 0,15 q 0,7; a=46D т 2,33 Р 0,5 , қайда Д т= t - t жақсы -температура басы; R -бу қысымы, бар; q-жылу ағынының тығыздығы, Вт / м 2 . Сыртынан жылу берілетін сұйықтың қатты жылу алмасу бетінде қайнауы мен сұйықтың негізгі бөлігінде қайнауын ажыратыңыз. Қатты бетінде қайнаған кезде бұл беттің кейбір жерлерінде бу фазасының түзілуі байқалады (Х.Кюлинг бойынша, жылу беру коэффициенті á - қайнаған су - металл қабырғасы 3500-ден 5800 Вт-қа дейін / (м 2 ⋅К). Көлемдік қайнау кезінде бу фазасы сұйықтың негізгі массасында тікелей (өздігінен) жеке бу көпіршіктері түрінде пайда болады. Көлемді қайнау сұйық фаза берілген қысымдағы қанығу температурасына қатысты айтарлықтай қызған кезде ғана болуы мүмкін. Мысалы, жүйедегі қысымды тез төмендету арқылы айтарлықтай қызып кетуге болады. Бір фазалы сұйықтықты конвекциялау кезіндегі жылу беру механизмінен ядролық қайнау кезіндегі жылу беру механизмі шекаралық қабаттан бу көпіршіктері арқылы заттың және жылу массасының қосымша тасымалдануының болуымен ерекшеленеді. қайнаған сұйықтық. Қайнау процесі жүруі үшін екі шарт орындалуы керек: Сұйықтықтың қанығу температурасына қатысты қызып кетуінің болуы; булану орталықтарының болуы. Сұйықтықтың қызып кетуі тікелей қыздырылған жылу алмасу бетінде максималды мәнге ие болады, өйткені оның үстінде қабырғалардың жеке бұзылулары, ауа көпіршіктері, шаң бөлшектері және т.б. түрінде булану орталықтары бар. Мерзімді түрде пайда болатын және өсіп келе жатқан көпіршіктер түрінде бу түзілетін қайнау ядролық қайнау деп аталады. Жылу ағынының белгілі бір мәнге дейін ұлғаюымен жеке бу көпіршіктері біріктіріліп, қабырғаға жақын үздіксіз бу қабатын құрайды, ол мезгіл-мезгіл сұйықтық көлеміне енеді. Бұл режим пленканы қайнату деп аталады. жүктеу/скачать 77,95 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|