Cwicz  2

92

92

(12.4)

(12.5)

a = f(AT) AT = T_W-T,

Przebieg funkcji (12.3) i (12.4) jest przedstawiony na rysunku 12.1, sporządzonym na podstawie doświadczeń wykonanych dla wrzącej wody. Jak wynika z rysunku funkcje (12.3) i (12.4) są złożone, dlatego opisanie każdego z nich jednym równaniem w całym zakresie zmian AT jest trudne. Taki przebieg funkcji tłumaczy się tym, że przy różnych wartościach AT o szybkości procesu decydują różne mechanizmy wymiany ciepła. Przedstawioną na rysunku 12.1 krzywą, ilustrującą przebieg funkcji a = f(AT), można podzielić na cztery fragmenty, z których każdy związany jest z działaniem innego mechanizmu wnikania ciepła do wrzącej wody.

1    10 Tw 100 Ticni 1000

AT [KI

Rys. 12.1. Zależność współczynnika wnikania ciepła a i strumienia cieplnego q od przegrzania cieczy

J - obszar konwekcyjnego ruchu ciepła, 2-obszar wrzenia pęcherzykowego, 3 - obszar przejściowy, 4 - obszar wrzenia błonkowego

Odcinek 1 przedstawia zależność a = f(AT) gdy wymiana ciepła odbywa się głównie na drodze konwekcji swobodnej, a wpływ powstania i ruchu pęcherzyków jest znikomy. Proces ten trwa przy wartościach strumienia cieplnego od 2500 do 4500 W/m² na ścianach pionowych i od 5500 do 11000 W/m² na ścianach poziomych. W tym zakresie wartości współczynnik wnikania ciepła należy obliczać z równań dla konwekcji swobodnej

Nu = C(Gr-Pr)\    (12.6)

gdzie: Nu - liczba Nusselta, Gr - liczba Grashofa, Pr - liczba Prandtla.

Liczby Nusselta, Grashofa i Prandtla zdefiniowane są równaniami:

vT ah Nu = — X	(12.7)
Pr = — X	02.8)
PAThVg „ 2	(12.9)

„2

Tl

gdzie: X • przewodnictwo cieplne, p - gęstość, c - ciepło właściwe, h - wymiar charakterystyczny, g - przyśpieszenie ziemskie, - współczynnik lepkości dynamicznej, p - współczynnik rozszerzalności objętościowej cieczy w średniej temperaturze wrzącej cieczy i ścianki.

Wartości współczynników n i C w równaniu (12.6) zależą od wartości iloczynu (Gr-Pr) i kształtu powierzchni grzejnej. Na przykład dla poziomych rur i drutów oddających ciepło i dla wartości iloczynu Gr-Pr = 10³*10⁹ przyjmujemy n - 1/4, C = 0,53 a jako wymiar liniowy przyjmuje się średnicę rury (drutu).

Odcinek 2 przedstawia zależność a = ĄAT), gdy wymiana ciepła odbywa się głównie na drodze tzw. wrzenia pęcherzykowego. W tym obszarze na skutek zwiększenia ilości doprowadzanego do ścianki grzejnej ciepła (podwyższenie temperatury ścianki) zwiększa się liczba ośrodków tworzenia pęcherzyków, co powoduje, że ilość ciepła wnikającego od tej samej powierzchni gwałtownie rośnie. Przy pokryciu całej powierzchni oddzielnymi pęcherzykami pary strumień ciepła osiąga wartość maksymalną rzędu 10⁶ W/m², a współczynnik wnikania ciepła dochodzi do 40000 W/(m²K). Podane wartości maksymalne występują pod ciśnieniem atmosferycznym przy różnicy temperatur AT = 23*27 K, zwanej różnicą krytyczną. W obszarze wrzenia pęcherzykowego przy ustalonej różnicy temperatur pęcherzyki tworzą się ciągle w tych samych miejscach