КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Образование пузырей при кипении жидкости
Газовые пузыри могут возникнуть на непроницаемой поверхности вследствие диффузии растворенного в жидкости газа или в результате испарения жидкости. В большинстве случаев образование зародышей газовой фазы происходит на микровпадинах поверхности, причем минимальный радиус образовавшегося зародыша определяется в случае кипения перегревом слоя жидкости вблизи стенки относительно температуры насыщения при данном давлении над плоскостью. Образование пузыря ведет к искривлению поверхности раздела фаз, вызывающему скачок давления, обусловленный поверхностным натяжением и определяемый по формуле Лапласа: , (1.17) где , – давление на границе раздела фаз со стороны пара и жидкости; и – большой и малый радиусы пузыря эллипсовидной формы. В случае сферической формы образовавшегося пузыря == . (1.18) Если , то образовавшийся пузырь будет расти; если – пузырь сконденсируется.
Аналогично для газовой фазы . (1.20) Вычитая уравнение (20) из уравнения (19), получим или, принимая во внимание соотношение (18) . Отсюда и . (1.21) Соответственно, этому превышению давления жидкости при наличии равновесия с насыщенным паром в пузыре для переноса пара из жидкости необходим перегрев последней на . (1.22) По формуле Клаузиса–Клайперона , (1.23) где Lпар – скрытая теплота парообразования. Подставляя формулы (21) и (23) в уравнение (22), получим . (1.24) Их формулы (24) можно получить значение минимального зародыша первого пузыря, соответствующего данному перегреву жидкости у поверхности нагрева, т.е.
. (1.25) Образовавшийся зародыш радиусом rmin начинает расти, причем скорость роста сферического пузыря в жидкости, полностью прогретой до температуры насыщения, определяется величиной теплового потока, подводимого к поверхности пузырька и затрачиваемого на испарение жидкости. Вследствие малых размеров пузырька перенос тепла в жидкости осуществляется преимущественно за счет молекулярной теплопроводности и в этом случае число Нуссельта отвечает минимальному значению , т.е. , где dт – толщина теплового пограничного слоя. Пренебрегая изменением давления в пузыре, можно записать , Или, учитывая предыдущее соотношение, . Отсюда легко получить уравнение роста пузыря: . Интегрируя данное выражение в пределах от rmin до r, получим . (1.26) Отрывной радиус пузыря определяется также, как и в случае продувки жидкости (15), взаимодействием подъемной силы, отрывающей пузырь от поверхности, силы гидравлического сопротивления жидкости и силы поверхностного натяжения, прижимающих ножку пузыря к стенке, т.е. , (1.27) где последний член правой части уравнения характеризует инерционную силу, а j (q) – некоторая функция краевого угла смачивания q, учитывающая изменение q в реальных условиях роста пузыря. На основании этого уравнения была получена обобщенная зависимость для расчета отрывного диаметра пузыря . , (1.28) где ; ; – модернизированный критерий Архимеда; – критерий Прандтля; – критерий Якоба, характеризующий отношение количества теплоты, затраченной на нагрев единицы объема жидкости, к объемной теплоте парообразования; m =0,25; n =105 – эмпирические коэффициенты. Из соотношения (28) следует, что отрывной диаметр пузыря обратно пропорционален плотности пара. В случае кипения при пониженном давлении отрывной диаметр пузыря резко увеличивается, частота их образования уменьшается. При достаточно высоком вакууме отдельные пузыри вообще не образуются, а испаряющаяся жидкость образует паровую пленку на поверхности нагрева. Пренебрегая инерционной силой и силой гидравлического сопротивления в уравнении (27) получим
, (1.29) где q определяется в градусах (для воды q=50о). Сопоставляя формулы (29) и (25), установили, что величина rо на несколько порядков больше rmin. Важное значение для процесса кипения имеет частота отрыва паровых пузырей от поверхности нагрева , где t1 – время роста пузыря до момента его отрыва от поверхности; t2 – время от момента отрыва до зарождения нового пузыря. Для оценки частоты отрыва пузырей можно воспользоваться соотношением (1.30) из которого следует, что на частоту отрыва сильно влияет давление и ускорение поля тяготения.
Дата добавления: 2013-12-12; Просмотров: 869; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |