Теплоотдача при пленочном кипении и ламинарном движении паровой пленки

Для ламинарного движения пленки пара принимаются следующие допущения:

1) сплошная пленка пара у вертикальной поверхности движется ламинарно вверх под действием подъемных сил;

2) силы инерции малы по сравнению с силами вязкости и подъемными силами;

3) толщина пленки пара мала по сравнению с размерами стенки;

4) теплота передается через паровую пленку только теплопроводностью; 5) физические свойства паровой пленки постоянны;

6) температура стенки

постоянна;

7) граница раздела между паром и жидкостью гладкая (без волн);

8) краевые условия на границе t=t_s.

Механизм пленочного кипения жидкости

Из решения задачи пленочного кипения (ламинарное движение паровой пленки) получают для среднего коэффициента теплоотдачи соотношение:

.

(11.29)

где характерный линейный размер для вертикальной стенки равен ее высоте l=H а константа c=0,667 при скорости на границе раздела фаз w_гр=0 и с=0,943 при w_ж=w_п , то есть при отсутствии скольжения между фазами. Эта же формула применима для пленочного кипения на горизонтальной трубе, если характерный линейный размер равен наружному диаметру трубы l=d и соответственно константы - c=0,53 и c=0,72 или в среднем для цилиндра можно принять константу с = 0,62. В формуле(7) учитывается только теплопроводность через ламинарно текущую пленку пара.

Для теплоотдачи при турбулентном течении паровой пленки строгой теории нет, а в приближенной заложена физическая модель теплоотдачи при свободной конвекции однофазной жидкости. Считают, что скорости и температуры в пограничном слое при кипении распределены сходно со свободной конвекцией. Поэтому по аналогии уравнение подобия для средней теплоотдачи при кипении:

.

(11.30)

При (Gr_lPr)≥2.10⁷ определяющей является средняя температура паровой пленки t=0,5(t_c+t_s). Тогда подъемная сила при кипении будет g(ρ_ж-ρ_п) вместо gβρΔt – присвободной конвекции. Поэтому для кипения число Грасгофа имеет вид:

.

(11.31)

Константа с = 0,25 при пленочном кипении (для сравнения с = 0,15 - при конвекции).