Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей

, и;у1С1ищс1>1 КОНтзкт С ЖИДКОСТЬЮ, выше для ма-

териалов с меньшими значениями комплекса Яср. Причем расслоение

по материалам кривых кипения в переходной и пузырьковой областях

получено как на горизонтальных (плоских), так и на вертикальных

(трубчатых) поверхностях при любом методе (стационарном или не-

стационарном) исследования; Подобные результаты дают основание

считать, что влияние теплофизических свойств материала поверхности

нагрева распространяется и на переходную область кипения, хотя и

выражено в ней менее ярко, чем в пузырьковой. Влияние низкотепло-

проводных покрытий на интенсивность теплоотдачи в переходной обла-

сти изучалось автором [89]. Согласно [89] тонкий, толщиной прибли-

зительно 1 мм, слой снега (рис. 6-4) несколько увеличивает теплоот-

дачу в переходной и пленочной областях, причем наибольшее влияние

отмечается в области кризиса пленочного кипения. Это дает основание

полагать, что причиной указанного эффекта является наличие кристал-

лов, имеющих больший размер, чем толщина ламинарной паровой плен-

ки у поверхности нагрева. Поэтому, естественно, что при приближении

ко второму кризису (уменьшении толщины пленки) увеличивается влия-

ние покрытия.

Слой льда значительно большей толщины (б примерно равно

3,0 мм) существенно трансформирует всю кривую кипения (рис. 6-4) —

вслед за пузырьковой областью следует участок с примерно постоянной

величиной плотности теплового потока. Аналогичные результаты полу-

чены авторами [283, 405] при кипении гелия. Такой эффект обусловлен

наличием на поверхности довольно крупных видимых неровностей, вы-

сота которых превосходит возможную толщину ламинарной паровой

пленки. Кроме того, существование значительных неровностей фактиче-

ски превращает поверхность в неизотермическую, т. е. пленочное кипе-

ние в основании выступов сочетается с пузырьковым на их концах.

В итоге кривая кипения приобретает вид, характерный для неизотер-

мических поверхностей.

При нанесении на поверхность сплошного лакового покрытия кри-

вая кипения сдвигается в область более высоких температурных на-

поров, причем существенно расширяются зоны наиболее интенсивных

видов кипения —пузырькового и переходного (рис. 6-5 и 6-6). Пред-

ставленные результаты, полученные квазистационарным методом, под-

тверждают общий характер закономерностей, выявленных в опытах по

нестационарному охлаждению в объеме криогенных жидкостей [136,

226, 281] и в стационарных условиях с обычными жидкостями [220].

Характер сдвига зависимости д=1{\Т) при нанесении сплошных низко-

теплопроводных пленок аналогичен сдвигу кривых кипения на поверх-

ностях нагрева из различных материалов и поэтому может быть объяс-

нен влиянием теплофизических свойств покрытия.

При нанесении частичного покрытия кривая кипения приобретает

седлообразную форму (рис. 6-5 и 6-6) и оказывается еще ^лее силь-

но растянутой вдоль оси температурных напоров. Такой вид кривой,

очевидно, обусловлен взаимодействием процессов теплообмена, проис-

ходящих на покрытой лаком и чистой поверхностях. Отмеченный эф-

фект может быть использован как метод интенсификации теплообмена

в переходной области, позволяющий получить значительное увеличение

тепловых потоков в более широком диапазоне изменения температурных

напоров. Нам, кроме работы [89], известна всего лишь одна публи-

кация по исследованию кипения на поверхности с частичным покры-

204.

тием [246], однако внимание ее авторов было сосредоточено на из-

мерениях (7„р1 и 9„р2; переходная область не изучалась. Авторами на-

стоящей работы было проведено исследование влияния шероховатости

на теплоотдачу в области переходного кипения на горизонтальных по-

верхностях нагрева из меди, никеля и нержавеющей стали. Средняя

высота микронеровностей поверхности нагрева изменялась от 0,6 до

14 мкм, что соответствует диапазону от 10-го до 5-го классов чистоты

вф^

хю"

•

-—э—

•

-(К

ч.

• 0

•

/ .

° п(Г

•

й - 7

9-2

•

©-]

1 ^г

й - 7

9-2

•

©-]

1 ^г

^^ 6 8 10^ 6 8 К

Рис. 6-5. Влияние низкотеплопроводных покрытий на теплоотдачу

при кипении азота на горизонтально расположенном торце медного

стержня с1—\2 мм [89].

7 — без покрытия (обработка поверхности по 6-му классу чистоты, 7 мкм);

г —покрытие лаком (50% поверхпости); 3 —покрытие лаком (1(Ю% поверхно-

сти); 4 — соответствует кризисам кипения.

ВтУ

® .

•л-

° /

•

(-Ч

•

(3)

э -;

» -2

. _ 7

•

> а/

©-]

6 в 10'

6 8 Ю^ К

Рис. 6-6. Влияние н'изкотеплопроводны.х покрытий на теплоотдачу

при кипении азота на горизонтально расположенном торце стержня

А=\2 мм из нержавеющей стали [89].

/ — без покрытия (обработка поверхности по 6-му классу чистоты, = 7 мкм);

—покрытие лаком (50% поверхности); 3 — покрытие лаком (100% поверхно-

сти); 4 — соответствует кризисам кипения.

205.

обработки по ГОСТ 2789-59. Анализ полученных результатов позволил

заключить, что уменьшение шероховатости поверхности для всех иссле*

дованных металлов приводит к сдвигу кривых как переходного, так и

пузырькового кипения в сторону более высоких температурных напоров.

В переходной области в отличие от пузырьковой интенсивность теплоот-

дачи выше на менее шероховатых поверхностях. Зона автомодельности

шероховатости наступает в пузырьковой области начиная приблизи-

тельно с 6-го класса (такой вывод был сделан нами ранее (см. § 1-2),

а в переходной — с 8-го класса чистоты обработки. Сдвиг зоны авто-

модельности в сторону низких значений высот микронеровностей может

быть объяснен существованием трех составляющих теплового потока

в области переходного кипения [376]: пузырькового и пленочного кипе-

ния, а также нестационарной теплопроводности в местах контакта

жидкости с поверхностью. Согласно данным [376] вклад последних двух

составляющих, не зависящих от шероховатости, в величину общего

теплового потока составляет, по крайней мере в опытах на азоте, не

менее 75—80%, в результате чего влияние чистоты обработки начи-

нает проявляться лишь на очень гладких поверхностях. Отметим, чта

в упомянутых выше работах [220, 357] не была установлена зона

автомодельности коэффициента теплоотдачи от шероховатости при пе-

реходном кипении, поскольку контроль чистоты обработки поверхности

объективными методами не производился.

Подавляющее большинство экспериментов по изучению переходно-

го кипения выполнялось при атмосферном давлении, поэтому особенно,

интересными представляются результаты работы [345], в которой было

исследовано кипение фреонов при давлениях от 0,5-10= до 30-10= Па.

Как следует из результатов [345], тепловой поток в области переход-

ного кипения падает с увеличением давления. Автор [345] не наблюдал

контактов жидкости с поверхностью нагрева в верхней (по температу-

ре) части переходной области. Заметим, что по данному вопросу в лите-

ратуре содержатся весьма противоречивые сведения, хотя, как нам^

представляется, существенная зависимость теплоотдачи в переходноа

области от шероховатости и материала поверхности нагрева подтверж-

дает наличие контактов жидкости с твердой поверхностью во всем,

диапазоне температур переходного кипения.

В [467] содержится интересный вывод о наличии гистерезиса в пе-

реходной области кипения, когда значение (/крь полученное при прямом,

ходе (повышении температуры), оказывается выше значения ^крь соот-

ветствующего обратному ходу. Авторы объясняют это тем, что при

повышении температуры момент кризиса определяется потерей устойчи-

вости паровой фазы, удаляющейся с поверхности при наличии на ней

сухих пятен. При обратном же ходе максимальная плотность теплового

потока соответствует исчезновению очагов пленочного кипения, т. е.

равна, пользуясь терминологией [355], значению плотности теплового

потока при кризисе собственно пузырькового кипения.

Очевидно, исследование переходного и пленочного кипения должно

включать и изучение кризисов кипения, являющихся границами указан-

ных областей. Это тем более важно, так как существует мнение, что

механизм переходного кипения является развитием механизма кризиса

[378, 510]. Зависимость первой критической плотности теплового пото-

ка от различных факторов была рассмотрена нами в первой части мо-

нографии.

В гл. 7 рассматриваются некоторые вопросы, связанные со вторым

кризисом кипения.

206.

Главаседьмая

ВТОРАЯ КРИТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ

ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

Как было показано, анализ неустойчивости Тейлора дает хорошие'

результаты при описании пленочного кипения на горизонтальных по-

верхностях. Впервые этот метод для изучения кризиса пленочного ки-

ления был применен Н. Зубером [513], который рассматривал величину!

^кр2 как плотность теплового потока, соответствующую началу неустой-1

чивости колебаний поверхности раздела жидкость — пар. Величина (?кр2|

определяется по Н. Зуберу следующим образом:

^КР!

энергия, уносимая

одним пузырем

число пузырей на единицу

поверхности за одно колебание

частота

колебаний

• (7-1)

Величина первого сомножителя 'равна где отрывной диа-

метр сферического пузыря принимается равным /кр/2. Предполагается,

что за одно колебание с квадратной площадки со стороной /кр отрыва-

ются два пузыря, а частота колебаний определяется совместным дей-

ствием сил тяжести и поверхностного натяжения. В окончательном ви-

де уравнение (7-1) для горизонтальной плоской поверхности может

быть записано

•/крг 24 У (р'+р")'

(7-2)

Согласно [513] для горизонтальной трубчатой поверхности необ-

ходимо учитывать колебание поверхности раздела и по периметру

трубы, а так как длина волны может изменяться от /кр до /в=/нр У^,

то и постоянный коэффициент в формуле (7-2) может меняться в пре-

делах 0,11—0,14.

Уравнение (7-1) является общим, и все последующие решения

по существу сводились к уточнению характерного размера и частоты

колебаний поверхности раздела.

Так, П. Беренсон [221] предположил, что для плоской горизонталь-

ной поверхности характерным размером является не критическая, а наи-

более вероятная длина волны /о, а время образования пузыря (величи-

на, обратная частоте) равно времени перемещения поверхности разде-

ла от узловой точки до высоты, равной отрывному диаметру пузыря.

Однако итоговое выражение [221] совпадает с уравнением (7-2) с точ-

ностью до коэффициента, который П. Беренсон определил по экспери-

ментальным данным:

(7-3)

Используя полученное в [9] выражение для коэффициента тепло-

отдачи а в области пленочного кипения, автор получил выражение для

температурного напора, соответствующего второму кризису:

•^крг

:0,127-

гр"

Г я(р'-р")У' 1

1/3

1/2

Л"

(р' + р")'' .

(7-4)

Экспериментальное исследование [185], предпринятое с целью про-

верки соотношений Н. Зубера и П. Беренсона, показало, что модели

207.

этих исследователей являются весьма приближенными. В частности,

сильное отличие формы пузырей от сферической, беспорядочное разме-

щение пузырей по поверхности, а также справедливость для отрывного

диаметра соотношения являются, по мнению авторов [185],

факторами, объясняющими заметное отклонение опытных данных от

расчетных.

Д. Линард и П. Вонг [112] получили выражение для наиболее

вероятной длины волны в случае большой кривизны поверхности (при-

менительно к горизонтальным цилиндрическим нагревателям малого

диаметра), которое хорошо согласуется с экспериментальными данны-

ми. Подставляя полученный результат в выражение (7-1), авторы с уче-

том корректировки по опытным данным получили соотношение

'7кр.= 0,16

гр''

р' + р'

2(5

1/2

й(р'-р")

2 —3/4

(7-5)

Необходимо отметить, что асимптотическая форма уравнения (7-5)

при О-^оо (плоская поверхность) дает значение 7кр2=0; поэтому урав-

нение (7-5) обязательно должно быть дополнено указанием пределов

его применимости. Судя по данным [112 и 148], этим пределом явля-

ется /кр//5=^10.

В работе [137] развивается предложенный В. М. Боришанским [10]

метод обобщения опытных данных по второй критической плотности

теплового потока в виде зависимости

?КР2

9*крг

Ркр /

(7-6)

где

(7*кр2

— вторая критическая плотность теплового потока при некото-

ром эталонном давлении р*.

Для обобщения данных, полученных в широком интервале изме-

нения р1ркр, авторами [137] предложена следующая формула:

9крг

0,61

-•- , , (7-7)-.

1 крг \ Ркр / \ Рщ! /

где в качестве масштабного выбрано давление р*=0,31ркр. Такой метод,

обобщения, безусловно, весьма удобен, но лишь при наличии достаточ-

ных сведений о величине д*щ,2-

Метод соответственных состояний применен и в работах Д. Линар-

да с сотрудниками [111, 114, 192] с той разницей, что в качестве опор-

ной величины для ^крг используется параметр

Ркр р'—р'

8Мр,

•кр

жг,

3/4

кр /

(7-8>

где М — молекулярная масса;

Я.

— газовая постоянная.

Последний из вариантов подобного обобщения предложен в рабо-

те [114]

144

О' + 2]

(7-а>

где

208.

У е{9'-?")

При исследовании второго кризиса кипения весьма важным момен-

том является определение не только второй критической плотности те-

плового потока 9кр2, но и температурного напора, соответствующего ми-

нимальной нагрузке, АГкрг. Автором [156] было высказано предполо-

жение, что наступление устойчивого пленочного кипения связано'

с достижением перегрева стенки, соответствующего температуре пре-

дельного перегрева жидкости АГпп-

Рис. 7-1. Обобщение опытных дан-

ных по температуре кризиса пленоч-

ного кипения [64].

1 — фреон-12: 2 — вода; 3 — азот; 4 —

фреон-22; 5 —фреон-13; 6 — этанол.

Позднее в работе [479] были представлены некоторые эксперимен-

тальные данные по температуре второго кризиса, примерно равной

вычисленной по уравнению Ван-дер-Ваальса при давле-

ниях, достаточно далеких от критического. Однако в последние годы

появились многочисленные публикации (см., например, [226, 246, 133]),,

в которых отмечена сильная зависимость величин АГкрг и ^/крг от тепло-

физических свойств материала поверхности нагрева. В частности,

результаты обширного исследования [64], выполненного для случая

захолаживания в большом объеме криогенных жидкостей цилиндров и

сфер различных размеров, показали, что:

1) величина АГкрг не зависит от глубины погружения и координа-

ты участка, а также от шероховатости поверхности в пределах от 1-го

до 14-го класса [220];

2) зависимость А7'кр2 от теплофизических свойств материала по-

верхности нагрева может быть выражена соотношением

АГ,

КР2

кр •

:0,165 + 2,5

А'с'рР'

Лср

1/4

Ус'р^'

Хер

(7-10>

Сравнение результатов расчета по формуле (7-10) и опытных данных

представлено на рис. 7-1.

Зависимость АГкр2 от свойств материала стенки авторы работы [64]

объясняют тем, что гидродинамическая возможность контакта жидко-

сти с поверхностью нагрева обеспечивается и при АГ>АГ1ш, а темпе-

ратура, устанавливающаяся на границе контакта, зависит от теплофи-

зических свойств материала:

йТ

ДГ,

гр-

1 +

У Лср

(7-11)

При этом, если АГ,^ оказывается ниже АГш, развивается кризис пле-

ночного кипения.

14 — 183 гоэ-

Автор работ [343, 344], исходя из рассуждений, аналогичных тем,

что приведены в работе [64], получил следующее соотношение:

1+0,42

^'кр2 Т, \ Ас?

0,6

, (7-12)

где Г'„р2 — величина температуры кризиса пленочного кипения, опреде-

ляемая по формуле (7-4).

Изменение теплофизических свойств материала поверхности нагре-

ва по данным [89] (см. рис. 6-3) в значительной мере определяет по-

ложение кризисов кипения, причем уменьшение значения комплекса

\^Кср увеличивает АГкр2 и дкр2- Это подтверждается данными исследо-

ваний [64, 220, 343, 344], появившихся в последние годы.

Смещение точки второго кризиса объясняется тем, [что на материа-

лах с низким значением )/Яср увеличивается вероятность касания жид-

костью твердой стенки и развития переходного кипения [64]. Тем не

менее имеется немало публикаций, в том числе недавних [222, 243],

в которых проводится необоснованное сравнение данных разных авто-

ров без учета влияния теплофизических свойств материала поверхности.

При изменении ориентации поверхности от горизонтальной к вер-

тикальной происходит некоторое снижение, примерно на 30—35%, ве-

личины максимальной плотности теплового потока [89]. Полученный ре-

зультат находится в хорошем соответствии с данными работ [23, 405]

по пузырьковому кипению на поверхностях различной ориентации.

Метод исследования оказывает довольно слабое влияние на положение обоих

кризисов при кипении на горизонтальной поверхности [89], по крайней мере в изучен-

ном диапазоне скоростей охлаждения. При кипении на вертикальной поверхности на-

блюдается существенный рост величины ЛГкрг (и ЛГкр!) при переходе от стационарно-

го к нестационарному методу исследования. Первыми на эту особенность указал» авто-

ры [222], основываясь на данных [18, 442], однако их собственные результаты оказа-

лись противоречивыми ввиду отсутствия идентичности в условиях проведения опытов.

При нестационарном методе исследования значения АТ„р2 определяются совпадением

термодинамической и гидродинамической возможностей возникновения устойчивого

контакта жидкости с какой-либо частью твердой стенки, в результате чего кризис

быстро распространяется по всей поверхности нагрева. При стационарном методе иссле-

дования, когда величина д является независимой переменной, на поверхности возможно

сосуществование переходного и пленочного кипения и момент кризиса определяется по-

терей устойчивости режима кипения [90]. При кипении в переходной области |(в неста-

ционарных условиях) количество образующегося пара столь велико, что он не успевает

отводиться и блокирует вертикальную поверхность теплообмена, что делает невозмож-

ным дальнейший рост теплового потока и, естественно, приводит к увеличению Л7"кр1.

Увеличение в определенных пределах диаметра горизонтальной

поверхности дает заметное снижение величины дкр2 (и ^крО- Таким об-

разом, можно говорить о наличии зоны автомодельности критических

плотностей тепловых потоков относительно размера поверхности нагре-

ва. В опытах [89] на азоте границами зоны автомодельности являлись

значения диаметра: 16 мм для <7кр1 и 28 мм для <7кр2 (см. рис. 5-6); по-

добные данные для криогенных жидкостей получены впервые. Из других

известных публикаций лишь авторы [380] указали на зависимость <7кр2,

а авторы [113] и дкрх от размера горизонтальной поверхности нагрева,

причем в работе [113] экспериментальные образцы были изготовлены

из различных металлов, что, очевидно, не дает возможности выявить

влияние диаметра теплоотдающей поверхности на ^крг в явном виде.

Эффект снижения дкр2 (и ^крО с увеличением размера поверхности на-

210.

грева описывается гидродинамической теорией. Однако применение ее

асимптотических вариантов [99, 511], полученных для кипения на пла-

стине бесконечных размеров, к обобщению данных по кипению на гори-

зонтальных поверхностях малых размеров [52], равно как и на по-

верхностях различных'Конфигураций [477], неправомерно.

Глава восьмая

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА

ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ОХЛАЖДЕНИИ

Авторы [281, 282] первыми указали на возможность существенно-

го сокращения времени охлаждения в азоте металлических массивов

при нанесении на их поверхность слоя низкотеплопроводного материа-

ла, причем скорость охлаждения увеличивалась при нанесении любого

из 15 исследованных типов покрытий. Было установлено также, что

существует оптимальная толщина покрытия, соответствующая мини-

мальному времени охлаждения образца; впоследствии аналогичные ре-

зультаты были получены при охлаждении тел различной формы и дру-

гими криогенными жидкостями [133, 226, 310, 408]. Авторы [310] по-

пытались объяснить наблюдаемый эффект снижением температуры на

слое нанесенного покрытия, однако расчеты показывают, что это сни-

жение не превышает 2 К, тогда ка« АГкр2 возрастает на десятки граду-

сов. Л. Мэнсону [133] удалось с помощью аналоговой схемы, модели-

рующей процесс пленочного кипения на пластине с покрытием, показать,

что при наличии волнового движения поверхности раздела пар —

жидкость температура покрытия в отдельных точках оказывается суще-

ственно ниже средней температуры металлической подложки, что мо-

жет привести к смачиванию жидкостью твердой поверхности и возник-

новению пузырькового кипения. В настоящее время наиболее распрост-

раненной является точка зрения авторов работы [375], развиваемая

в [64, 136]. Они считают, что причиной сокращения времени захолажи-

вания при нанесении покрытий является повыщение температуры, соот-

ветствующей кризису пленочного кипения. Вероятно, существует и дру-

гая причина сокращения времени охлаждения — повыщение коэффи-

циентов теплоотдачи в пленочной области кипения при нанесении низко-

теплопроводного покрытия. Заметим, что, такие результаты были полу-

чены в [246, 282, 133], но лишь в последние годы им было найдено объ-

яснение в упоминавшейся работе [66].

Теплообмен в условиях нестационарного охлаждения обладает ря-

дом особенностей, отличающих его от теплообмена в стационарных

условиях. Это обстоятельство долгое время оставалось неизученным.

Вероятно, благодаря хорошему совпадению результатов по пленочному

кипению авторы многочисленных работ [86, 240, 243] рассматривают

как равноправные данные, полученные различными методами и для

других областей кипения. Как показано в [147, 154], такой вывод пра-

вомерен лишь в случае небольших скоростей охлаждения, однако диа-

пазон для них авторами [147, 154] не указывается.

Э. Берглс и У. Томпсон [222] впервые показали, что полученные

нестационарным методом данные дают более высокие значения АГкр),

13* 211

Вт/м^

жю"*

10'

Я ^

йТ

Рис. »-1. Сравнение данных по кипению

азота, полученных стационарным и не-

стационарным методами [222].

! — стационарный; 2 — нестационарный.

10"

ДГкр2 И более низкие (/„рь В ре-

зультате изучения кипения воды,

фреона-113 и азота обнаружено

существенное влияние метода ис-

следования на ход кривой кипе-

ния (рис. 8-1), однако выводы,

сделанные авторами [222], про-

тиворечивы. Так, кривые кипения

фреона-113, полученные нестацио-

нарным методом, лежат правее кривых, полученных стационарным ме-

тодом, азота —левее. На основании этого сравнения авторы приходят

к выводу, что отмеченное смещение кривых кипения фреона-113 объяс-

няется образованием накипи на поверхности нагрева; при более «чи-

стых» условиях проведения эксперимента (на азоте) получаются более

надежные данные. На нащ взгляд, в опытах [222] имело место влияние

и побочных факторов. Так, образцы, применяемые в стационарном и

нестационарном методах исследования, имели различную форму и из-

готавливались в ряде случаев из различных материалов (медь и не-

ржавеющая сталь). Кроме того, конструкция образца, применявщегося

для стационарных экспериментов на азоте, не обеспечивает надежного

предохранения от торцевых утечек теплоты. Указанные обстоятельства,

очевидно, не позволили авторам [222] выявить в явном виде особен-

ности теплообмена при нестационарном охлаждении.

В работе [494] было проведено сравнение результатов стационар-

ного и нестационарного экспериментов по кипению фреона-113 на одной

и той же поверхности нагрева — медной сфере диаметром 23,8 мм. Одна-

ко и в этом случае не выполнялось условие идентичности, поскольку

в стационарных опытах использовался индукционный обогрев поверх-

ности, который мог привести к увеличению коэффициентов теплоотдачи.

Автор [464] отметил хорошее совпадение данных, полученных обо-

ими методами, для пузырьковой и пленочной областей при кипении азо-

Вт/м^

хю"^

(уЮ^ \

^ \

4 1

^^ ——о

йТ

50 100

Рис. 8-2 Зависимость интенсивности теплоотдачи от скорости о.хлаждения при

кипении азота на трубках с различноР!толщиной стенки б [136].

212.

^ та на поверхности вертикальных медных трубок. Но данные стационар-

ного эксперимента обнаруживают значительное расхождение с резуль-

татами других исследователей, проводивших опыты в сходных условиях

[60, 281, 296], и, вероятно, должны быть признаны ошибочными.

Влияние скорости охлаждения отмечалось в работе [136] при за-

холаживании в азоте трубок из нержавеющей стали с различной толщи-

ной стенки (рис. 8-2). Уменьшение наклона кривых ^=/(АГ) в пузырь-

ковой области с ростом йТ/йг объясняется тем, что ранее работавшие

центры парообразования не успевают «выключаться» при снижении ДГ.

На толстых трубках коэффициенты теплоотдачи оказываются выше, так

как в быстропротекающем процессе охлаждения плотность центров па-

рообразования, успевающих активизироваться выше на трубках, имею-

щих большую толщину стенки и, соответственно меньшую величину

аТ/а-х.

Сравнение результатов [89, 71, 193], полученных с помощью ста-

ционарного и нестационарного методов исследования, показало суще-

ствование определенной зависимости теплообмена от скорости измене-

ния температуры поверхности нагрева (скорости охлаждения поверхно-

стного слоя). При этом стационарный и нестационарный методы дают

практически совпадающие результаты лишь при достаточно малой ско-

рости охлаждения.

Необходимо отметить, что хорошее совцадение данных, получен-

ных различными методами, зафиксировано и авторами [154] при пу-

зырьковом и пленочном кипении фреона-113 на горизонтальной поверх-

ности, а также в работе [147] при кипении фреона-113 на вертикаль-

ном цилиндре. В обоих случаях скорость охлаждения была весьма

малой. При увеличении скорости охлаждения интенсивность теплоотда-

чи в переходной области возрастает, причем этот эффект наиболее ярко

' • выражен для поверхностей с ограниченными возможностями отвода па-

ра — для вертикальных трубок.

При В!—иО скорость охлаждения согласно уравнению теплового

баланса

= (8-1)

определяется отношением величин площади поверхности теплообмена Р

и теплоемкости срУо. Очевидно, при охлаждении тел, имеющих малые

запасы теплоты или развитую поверхность (что соответствует большим

ёТ/ёх), контакты жидкости с поверхностью в переходной области при-

водят к падению температуры в месте контакта и последующему под-

воду теплоты из близлежащих областей, в которых, таким образом,

увеличивается вероятность касания жидкостью стенки. Указанные про-

цессы приводят к резкому, лавинообразному нарастанию плотности те-

плового потока д с уменьшением температуры. В случае же малого или

равного нулю (при стационарном методе) значения с1Т1йх контакт

жидкости со стенкой хотя и приводит к падению температуры в месте

касания, но может быть локализован за счет подвода теплоты из глу-

бинных областей или теплового потока от внешнего нагревателя. В ре-

зультате этого имеет место более плавное нарастание величины д

с уменьшением температуры. Имеющиеся данные [128, 136, 357, 467]

подтверждают предположение о различном виде кривых переходного

кипения при стационарном и нестационарном методах исследования.

Так, чисто стационарным данным обычно соответствует вогнутая фор-

ма кривой кипения, т. е. более или менее плавное нарастание <7 сумень-

213.

Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей

Подождите немного. Документ загружается.