Об интенсивности теплообмена в процессе вскипания при истечении кипящей воды Текст научной статьи по специальности «Физика»

II 3 В Е С Т И Я

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

т. 245 1975 г.

ОБ ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ПРОЦЕССЕ ВСКИПАНИЯ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ КИПЯЩЕЙ ВОДЫ

А. А. ГУРЧЕНОК

(Представлена научным семинаром кафедры АТППП)

В последнее время в теплоэнергетике усилился интерес к изучению переходных и регулировочных свойств процессов, происходящих в машинах и аппаратах. К числу недостаточно изученных процессов в этом направлении относится процесс истечения кипящей воды- Проведение подобных исследований в движущемся потоке затруднительно, и поэтому представляет интерес создание и изучение аналогичных по интенсивности теплообмена процессов в стационарных условиях кипения.

В данной работе на основании имеющихся данных по опытному и теоретическому изучению процесса истечения кипящей воды получены

методика расчета и численные значения интенсивности процесса теплообмена для одного из исследованных автором режимов.

Как известно, процесс истечения кипящей воды протекает с отклонением от равновесного процесса адиабатного расширения. Такое отклонение объясняется неполным завершением процесса парообразования вследствие слишком короткого отрезка времени пребывания частиц жидкости / внутри насадка. В [1] показано, что неравновесный процесс истечения кипящей воды может быть построен в Р—У диаграмме (рис. I). При этом кривая процесса строится в зависимости от степени завершения процесса парообразования I. Значение / определяется как отношение

Рис. 1

где ¿., — температура конечном Р2 давлениях;

1,1

кипения соответственно при начальном Ри

¿ — температура в потоке в выходном сечении. Если парообразования в потоке не происходит, то

Ь = откуда ; = О,

если процесс завершен, то

Ь — ¿2, откуда ; = 1.

Используя графики на Р— V диаграмме и проектируя точки начала и конца процесса на ось давления, получаем фигуру 12г-34 (г = 0, ... = 100%), площадь которой представляет в масштабе величину приращения кинетической энергии в процессе истечения

5,^.34-^=: • (2)

г / 2

Из (2) получается зависимость для определения скорости истечения

си = 1/25,0.34 -Му + сЦ. (3)

Для любого сечения потока согласно закону сплошности соблюдается соотношение

г г

для случая истечения из цилиндрических насадков выражение (4) принимает вид

V* V

Путь, равный длине насадка, поток будет проходить за отрезок времени

т = -1—сек. (6)

^ср

В [1] из сопоставления опытных данных по расходу кипящей воды при истечении через цилиндрические насадки разной длины с результатами расчетов с использованием Р—V диаграммы была найдена зависимость степени завершения процесса парообразования от длины насадков, а следовательно, от времени пребывания частиц жидкости внутри насадков. Применяя указанную зависимость, можно определять отрезок времени, за который процесс парообразования достигает заданной степени завершения.

С некоторым приближением можно допустить, что внутри насадка скорость изменяется по закону равноускоренного движения, тогда среднее значение скорости будет равно

= (7)

откуда

^ = • (8)

Ниже указывается путь расчета интенсивности парообразования. Для каждого значения степени завершения процесса парообразования может быть определена величина сработанного теплового перепада Дг, пошедшего на образование паровой фазы. Тепловые параметры потока будут для случая неравновесного расширения характеризоваться степенью перегрева потока и соответствующим давлением насыщения среды

4*

67

потока. По указанным параметрам определяется значение энтальпии жидкой фазы потока. Таким образом, величина теплового перепада при степени завершения процесса парообразования £ будет равна

Д I = — /я. , /. (9)

Отношение

Ч - (10)

характеризует величину интенсивности тепловыделения, происходящего внутри насадка в потоке кипящей воды. В табл. 1 представлены ре-

• Т а б л и к г. 1

Характеристики потока Степень завершения процесс?, парообразования %

0,0 7,8 16,8 33,5 53 | 75 100

сн. м\сек 13,6 6,2 3,9 2,9 1,8 5,4 1,2

св, м\сек 13,6 25 31 43 51 63 77

х -103 сек 0,38 1,28 5,2 11,3 18,9 34 38

Д/, кдж/кг 0,0 4,6 И,7 27,4 43,8 62,5 84,3

д, кдж1кг-сек 0,0 3580 2240 2430 2300 1850 2220

зультаты определения значений д по данным | 1]. Как видно из таблицы, величина интенсивности парообразования примерно одинакова для всех режимов истечения. Следовательно, степень завершения процесса парообразования в сильной степени зависит с г времени нахождения частиц жидкости внутри насадка. Величина интенсивности процесса парообразования очень высокая. Полученные численные значения величины интенсивности парообразования позволяют при моделировании процесса кипения в стационарных условиях определить требуемую мощность источников подвода тепла.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. А. Г у р ч е н о к. К расчету параметров в потоке при истечении кикжцс-й воды. Известия ТПИ: т. 110. 1962.

2. М. П. В у к а л о в и ч. Термодинамические свойства воды и во.~я;;ог\.< пара. Маш-/ из, 1958.