Теплоотдача разреженных газов

При рассмотрении теплоотдачи в разреженных газах нельзя использовать модель сплошности среды. Т.к. надо учитывать молекулярную структуру вещества и нельзя применять гипотезу прилипания, так как молекулы имеют некоторую скорость даже в непосредственной близости от стенки, т.е. наблюдается эффект скольжения газа (рисунок 30), и при этом температура стенки отличается от температуры газа т.о. можно наблюдать скачок температуры.

Рис. 32. Эффект скольжения разреженного газа

Степень разреженности газа определяется числом Кнудсена:

, где l - средняя длина свободного пробега молекул, l₀ – характерный размер обтекаемого тела.

Если , то среда сплошная, если же , то газ можно рассматривать как свободный молекулярный поток и теплообмен рассчитывать методами кинетической теории газов. Режим 0,001< <1 называется течением со скольжением. В этой области достаточно бывает учесть, что граничное условие должно быть записано с разрывом на стенке. В остальном методика расчета теплообмена остается все той же. Режим 1< <10 называется переходным. На сегодняшний день этот режим изучен наиболее плохо.

Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей Механизм процесса теплообмена при пузырьковом кипении жидкости

Кипением называют процесс интенсивного парообразования внутри объема жидкости. Различают кипение на поверхности и во всем объеме. Кроме того, различают пузырьковый режим кипения и пленочный.

Для возникновения кипения необходим некоторый перегрев жидкости, то есть превышение температуры жидкости t_Ж относительно температуры насыщения t_s при заданном давлении p.

Величина этого перегрева тем меньше, чем больше в жидкости содержится примесей (твердых частиц и др.) и, в особенности, растворенного воздуха и других газов.

Причина этого заключается в том, что взвешенные частицы и мельчайшие пузырьки воздуха служат центрами парообразования, а в чистой жидкости таких центров нет, поэтому для совершения работы против сил взаимного притяжения молекул жидкости ее надо перегреть.

Величину начального перегрева снижают также любые другие центры парообразования: шероховатость поверхности, адсорбированный на ней газ и т.д. Именно поэтому кипение чаще всего происходит на поверхности нагрева и имеет вид периодически возникающих пузырьков пара, размеры которых увеличиваются с течением времени до наступления явления отрыва парового пузыря. Так как жидкость имеет температуру больше, чем t_s - температура насыщения, то при движений пузырька вверх испарение в него продолжается, и он растет в размерах.

Вся теплота, которая подводится к жидкости через поверхность нагрева, расходуется на парообразование.

Q – тепловой поток (Вт)

r – теплота фазового перехода (Дж/кг)

G – количество пара, образующегося в единицу времени и отводимого от свободной поверхности жидкости (кг/с)

Зависимость теплового потока от температурного напора (кривая кипения)

Рассмотрим зависимость плотности теплового потока от перегрева жидкости на стенке (кривую кипения, рисунок 33):

, где

При увеличении температурного напора вначале тепловой поток увеличивается, затем, достигнув некоторого максимума, уменьшается, а затем вновь увеличивается.

q

Рис. 33. Кривая кипения

На кривой кипения различают следующие зоны:

1 - кипение отсутствует, перенос тепла за счет конвекции;

2 - начало кипения;

3 - область развитого пузырькового кипения;

4 - переходная область. Отдельные пузырьки сливаются в паровые области и оттесняют жидкость от поверхности нагрева. Теплоотдача ухудшается;

5 - режим устойчивого (развитого) пленочного кипения;

6 - то же самое, но T_ст становится настолько большой, что значительная доля тепла передается за счет излучения. Тепловой поток быстро растет.