Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема 11. Вплив інтенсифікації теплообміну на кризи при кипінні.
Бажання отримувати великі значення одиничної потужності ядерних реакторів в заданих в умовах потребує збільшення тепло знімання, яке можна досягти шляхом інтенсифікації теплообміну. В ядерних реакторах, що охолоджують киплячою водою таким фактором в багатьох випадках є кризи теплообміну. Більшість методів інтенсифікації теплообміну основані на використанні пристроїв та методів, які дозволяють заздалегідь подавати рідину на стінку.
До них відносять:
11.1 Інтенсифікація теплообміну турбулізацією потоку та закручуванням.
Додаткова турбулізація створюється за допомогою елементів показаних на рисунку (а,б,г,д).
При бульбашковому режимі турбулізатори не дають переваг. В дисперсно-кільцевому потоці при великих масових швидкостях критична густина теплового потоку збільшується за рахунок турбулізаторів. Але при невірному виборі розмірів турбулізаторів виникає велике звужування потоку, в якому значно росте швидкість і як наслідок до механічного зриву рідини з плівки.
Організація вихоревого потоку відбувається за допомогою завихрюючих елементів (в,е,ж,д). В обертовому потоці під дією відцентрових сил краплини рідини відкидаються до стінки, що збільшує їх концентрацію, а також критичну густину теплового потоку. Чим більш закручений потік, тим при нижчих значеннях паровмісту настає дисперсний кільцевий режим і стабільніша поверхня плівки рідини. Всі закручуючі елементи при однакових параметрах вихоревого потоку дають майже однакове значення. Але при цьому вставки призводять до збільшення гідравлічного опору.
Гвинтові ребра не тільки збільшують (майже у два рази), а критичний паровміст до 0,8 – 0,9, навіть при деяких умовах позбавляє криз теплообміну взагалі.
В стержневих збірках вплив на мають дистанційні решітки, які закручують потік і сприяють скиданню рідини з не обігрітих поверхонь, дробленню краплин, кращому перемішуванню двохфазного потоку, вирівнюванню тепловмісту між окремими комірками. Правильне влаштування турбулізаторів в просторі розширює область безкризової роботи.
11.2. Вплив шорсткості та відкладаннь на поверхні.
В області кипіння не догрітої рідини виступи шорсткості збільшують турбулізацію в наслідок чого росте . Якщо висота шорсткості менша товщини ламінарного шару, то її вплив незначний.
При високих паровмістах і шорстких поверхнях збільшується винесення рідини з плівки і як наслідок зменшується . Шорсткість впливає на двохфазний потік неоднозначно. При омиванні нерівностей за ними створюються застійні зони, в яких можуть відкладатися солі, виступи згладжуються і турбулізація знижується. Хвилеподібна шорсткість прибирає зони.
Відкладання являє собою продукти корозії на тепловиділяючій поверхні, що змінює її температурний режим.
Основні складові відкладень – це оксиди різних металів, які утворюють капілярно-пористі структури. Криза на таких структурах виникає при менших густинах теплового потоку в порівнянні з чистою водою. Причинами цього є:
Тема 12. Тепломасообмін при хімічних перетвореннях.
12.1 Основні відомості про хімічні перетворення.
Процеси теплообміну, що супроводжуються хімічними реакціями мають місце в камерах згоряння різних двигунів (реактивних двигунів в газових турбінах), в хімічному виробництві, МГД – установках і при гіперзвукових швидкостях руху тіл у щільних парах атмосфери.
Хімічні реакції проходять з поглинанням або виділенням енергії у вигляді теплоти, електричної енергії та світла. Це види енергії, які можуть бути поглинуті (передані) середовищем.
Розглянемо хімічні реакції з поглинанням або виділенням тепла (ендотермічні), з виділенням тепла (екзотермічні). В таких умовах, як і при фазових переходах, хімічні перетвореннях зв’язані з процесом теплообміну. Хімічні реакції, які проходять біля поверхні твердого тіла називаються гетерогенними, якщо проходять в різних середовищах вдалині від поверхні – гомогенні. Якщо реакції проходять вдалині від поверхні, то вони можуть не впливати на тепловіддачу і теплообмін пограничних шарів розраховується звичайним методом. В інших випадках необхідно враховувати додаткове виділення або поглинання теплоти в пограничному шарі.
Розглядаються реакції, які ідуть при постійному тиску і температурі, а теплота виділяється за рахунок хімічних реакцій. Теплота хімічних реакцій визначають як різницю ентальпії початкових і кінцевих станів без врахування шляху процесу.
(12.1)
Теплота хімічної реакції може бути виражена через теплоту, що визначається реакціями і тепловмістом продуктів реакції. Її беруть зі знаком «=» для того щоб визначити теплоту, зі знаками, які використовують в термодинаміці, а саме - при поглинанні; - має місце при виділенні тепла.
(12.2)
- хімічні символи відповідно реагентів і реакцій.
- стехіометричні коефіцієнти, число молей реагентів і продуктів.
- молярні ентальпії реагентів і продуктів.
Тепломасообмін при хімічних перетвореннях залежить не тільки від теплоти хімічних реакцій, а і від швидкості їх проходження.
Швидкість хімічних реакцій називається кількість молекул даного виду, що реагують за одиницю часу. Хімічні перетворення, які обумовлюються швидкістю хімічних реакцій і виділення теплоти залежать від концентрації реагентів та температури. В свою чергу поля концентрації і температур залежить не тільки від ходу реакцій, а і від процесу тепломасообміну, які супроводжують хімічні реакції. Це означає, що хімічні перетворення та ТМО зв’язані між собою і взаємозалежні.
12.2. Основне рівняння теплообміну при хімічних перетвореннях.
При розгляді хімічних перетворень, густину потоку теплоти в дифундуючій суміші визначається з залежності:
(12.3)
У формулі (12.3) перший додаток враховує перенесення теплоти теплопровідністю, другий – конвекцією, третій – молекулярною дифузією.
- густина потоку маси і-го компонента з врахуванням концентраційної дифузії, термо- і баро- дифузії.
У задачах з хімічного перетворення використовується значення ентальпії, в яких врахована теплота утворення даного компонента. Тоді повна питома ентальпія і-го компонента буде:
(12.4)
де - питома теплота умовного і-го компонента.
Якщо , то при утворенні теплота підводилась.
- відводилась
Ентальпія суміші газів визначається з (12.5)
- відносна масова концентрація усталеного компонента.
При розв`яку (12.3) необхідно врахувати диференційне рівняння енергії масообміну, руху, суцільності і рівняння хімічної кінетики.
Рівняння хімічної кінетики є нелінійними і дуже ускладнюють розв`язок задачі, щоб провести розрахунки використовують деякі спрощення:
В першому випадку можна використовувати ТМО без хімічних перетворень. В другому і третьому – розв`язок для однорідних середовищ. В деяких задачах теплообмін при хімічних реакціях використовують видозмінений закон Ньютона-Ріхмана:
(12.6)
- ентальпія газової суміші, вдалині від поверхні і на поверхні. Значення ентальпії обчислюється за основними рівняннями (12.4), (12.5) з врахуванням теплоти утворення суміші. Значення в першому наближенні можна приймати як для течії, що проходить без хімічних перетворень. (12.6) дає найкращі результати, якщо виконувати один з трьох часткових випадків.