Изменение температуры поверхности и жидкости в вертикальной трубе (горизонтальной). Влияние недогрева жидкости дотемпературы насыщения на критическую плотность тепл потока.

Изменение температуры внутренней поверхности трубы по длине находится в полном соответствии с интенсивностью теплообмена. В области подогрева жидкости 1, когда внутри трубы движется однофазный поток, температуры t_C и t_Ж одновременно растут по длине трубы. На участке поверхностного кипения 2 температура стенки устанавливается практически постоянной, а температура жидкости повышается. Области 3, 4 и 5 соответствуют объемному кипению в трубе; температура t_C не изменяется; температура жидкости, достигнув температуры насыщения, практически сохраняется постоянной; температурный напор между стенкой и двухфазным потоком вследствие возрастающих значений коэффициента теплоотдачи сокращается до нескольких градусов. При дальнейшем развитии процесса этот перепад продолжает несколько у меньшаться, а затем он возрастает за счет резкого уменьшения теплоотдачи. Последний слу-чай, связанный с ухудшением теплоотдачи, отдельно приведен на рис. Он показывает характер изменения коэффициента теплоотдачи и температуры поверхности в области ухудшения теплоотдачи.

Изменение температуры по периметру горизонтальной трубы
Изменение температуры по периметру горизонтальной трубы в услови-ях кипения воды при давлениях, близких к критическому, показано на рис

Наибольшая неравномерность распределения температуры, а, следовательно, и теплоотдачи относится к расслоенной структуре потока (кривая 1), наименьшая — к стержневой (кривая 2). Стержневому режиму соответствует наибольшая теплоотдача.
Значения коэффициента теплоотдачи при стержневой структуре потока в трубах могут быть несколько выше, чем при кипении в большом объеме.Влияние недогрева жидкости до температуры насыщения на критическую плотность теплового потока.
Выделим, с помощью некоторой замкнутой контрольной поверхности F, область парожидкостной смеси объемом V. Внутри выделенной области отдельные объемы пара и жидкости расположены произвольным образом, причем их число, расположение и количество заключенного в них вещества могут меняться во времени. Количество тепла, вносимого в рассматривае-мую область, складывается из изменения теплосодержаний пара и жидкости, прошедших через поверхность F и тепла, поступившего в рассматриваемый объем за счет теплопровод-ности.
При подъеме паровых пузырей, оторвавшихся от поверхности нагрева при пузырьковом кипении или от парового слоя при пленочном кипении, на их место притекает жидкость. В результате возникающей таким путем внутренней циркуляции жидкости часть последней перемещается из вышележащих слоев в направлении к кипящему граничному слою. Если часть этой жидкости поступает из ядра потока, недогретого до температуры насыщения, то в области кипящего граничного слоя имеет место процесс конденсации пара, воздействующий на структуру этого слоя.
Для возникновения паровой пленки в жидкости, основная масса которой недогрета до температуры насыщения, необходимо подвести через поверхность нагрева количество тепла не меньше того, которое требуется для создания крити-ческой скорости парообразования в насыщенной жидкости и подогрева до температуры насыщения массы жидкости, подсасываемой в пограничную область из холодного ядра потока. Количество жидкости, подсасываемой в пограничную область из ядра (выраженное в кг/м²), при отсутствии недогрева последнего до температуры насыщения, равно
где п — коэффициент рециркуляции насыщенной жидкости в пограничной области. Полагая, что при относительно небольших недогревах жидкости величина G остается неизменной, можем написать

(13.19)
Из (13.19) следует, что:

1) величина q_КР возрастает с увеличением недогрева жидкости до температуры насыщения. Это возрастание критической плотности теплового потока обусловлено необходимостью дополнительного расхода тепла на подогрев холодных масс жидкости, вовлекаемых циркуляцией в пограничную область. В первом приближении, в меру постоянства коэффициента рециркуляции при данном давлении, q_КР является линейной функцией;

2) относительная степень влияния недогрева жидкости на критическую плотность теплового потока уменьшается с ростом давления. Объясняется это обстоятельство тем, что с ростом давления увеличивается объемный вес пара и соответственно уменьшаются число и размеры пузырей, отрывающихся от поверхности паровой пленки.

3) множитель пропорциональности при комплексе меньше единицы.
Опытные данные показали, что коэффициент рециркуляции близок к единице и довольно слабо зависит от физических свойств кипящей жидкости.