Теплоотдача при ламинарном движении паровой пленки.(при турбулентном).

Решение для среднего коэффициента теплоотдачи вертикальной стенки высотой hимеет вид:

Средний коэффициент теплоотдачи при кипении жидкости на наружной поверхности горизонтального цилиндра диаметром dвыражается зависимостью

Зависимости и формально совпадают с расчетными уравнениями для теплоотдачи при пленочной конденсации пара на холодной стенке. Зависимости для теплоотдачи учитывают перенос теплоты поперек паровой пленки только путем теплопроводности.
При учете действия сил инерции в паровой пленке и касательных напряжений на границе ее с жидкостью наряду со слоем пара (рис. 13.19) рассматривается пограничный слой жидкости. Поэтому исходная система дифференциальных уравнений энергии и движения для паровой пленки дополняется аналогичной системой уравнений для пограничного слоя жидкости. При таком уточненном подходе следует учитывать также перегрев пара в пленке. Характер распределения скорости и температуры в паровой пленке аналогичен соответствующим профилям в пограничном слое однофазной жидкости в условиях свободной конвенции. При малых температурных напорах распределение температуры имеет практически линейный характер. В отличие от пленочной конденсации пара в рассматриваемом случае на распределение скорости оказывает влияние параметр m_Пr_П/m_Жr_Ж. Скорость на поверхности раздела фаз обращается в нуль только для жидкостей с очень малым значением параметра m_Пr_П/m_Жr_Ж. Скорость движения самой паровой пленки увеличивается с увеличением указанного параметра, так как этому соответствует меньшая сила трения, приложенная к пару со стороны жидкости на границе раздела фаз. Поэтому коэффициент теплоотдачи увеличивается при увеличении (m_Пr_П/m_Жr_Ж)^0,5. Теплоотдача при пленочном кипении зависит от недогрева жидкости относительно температуры насыщения. Влияние недогрева мало при малых значениях с_РПDt/rи, наоборот, велико при значитель-ных перегревах паровой пленки. Для поддержания пленочного кипения воды согласно расчетам мини-мальное значение параметра с_РПDt/r ³ 0,01. В случае пленочного кипения в условиях вынужденной конвекции учитывается влияние скорости.

Рис 13-19. К теории пленочного кипения.
1 — паровая пленка. 2 — жидкость при t_H, 3 — обогреваемая стенка при t_C = const, 4 — граница раздела паровой и жидкой фаз

Для вертикальной стенки более вероятным является не ламинарный, а турбулентный характер движения пленки пара.
Поскольку характер распределения скорости и температуры в пограничном слое при кипении является сходным с соответствующими профилями в пограничном слое при свободной конвекции однофазной жидкости, поэтому теплоотдачу при пленочном кипении можно представить формой зависимости, которая применяется при конвекции однофазной жидкости. При турбулентном движении паровой пленки средняя теплоотдача описывается зависимостью
(13.23)

Применительно к пленочному кипению силой, определяющей движение пара в пленке, является сила, равная g(r_Ж—r_П). Поэтому число Архимеда будет выражаться соотношением

Физические свойства относятся к средней температуре паровой пленки, на что указывает индекс «п». Постоянная в зависимости (13.23) имеет значение 0,25 вследствие более интенсивного теплообмена при кипении по сравнению с конвекцией однофазной жидкости, когда постоянная равна 0,15.
Процесс теплообмена при турбулентном движении пленки является автомодельным по отношению к геометрической форме и размерам поверхности теплообмена. Поэтому он выпадает из зависимости (13.23).