理论教育 壁面过热度计算方法及影响因素分析

壁面过热度计算方法及影响因素分析

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:根据该假设,进行适当的整理后,得到:式中,下标i表示沸腾起始点,在沸腾起始点,热流密度也可以表达为对流定律的形式,有:因此壁面过热度的计算式为:式中,在低热流密度下,这些相切点的半径可能比壁面上最大半径的孔口还要大,式可能会低估所需要的过热度(q″)i。按照式所计算出的起始沸腾热流密度较低,该式是基于可视化观察所得到的结果,而不是根据表面温度响应来判定的,这需要大量的核化气泡产生才会有该效果。

壁面过热度计算方法及影响因素分析

Bergles和Rohsenow基于Hsu和Graham的推荐开发了沸腾起始(即z=ZNB)的判据。他们的分析后来被Davis和Anderson的更通用的推导所证实。主要的前提是壁面附近的液体因为加热,其温度必须等于使气泡稳定的过热温度(图3-10)。第一次相等发生在两条温度分布曲线相切的位置,假设壁面具有各种孔隙尺寸,气泡以初始半径r*在其中生长。液体温度和热流密度用下式关联:

图3-10 壁面上气泡核化的临界孔隙尺寸

当孔半径等于下式时,该梯度等于核化所需的过热度[由式(3-43)给出]的梯度。

为了保证气泡核化,假设液体过热边界层延伸到临界半径的两倍厚度。根据该假设,进行适当的整理后,得到:

式中,下标i表示沸腾起始点,在沸腾起始点,热流密度也可以表达为对流定律的形式,有:

因此壁面过热度的计算式为:(www.daowen.com)

式中,

在低热流密度下,这些相切点的半径可能比壁面上最大半径的孔口还要大,式(3-46)可能会低估所需要的过热度(q″)i。Bjorg等推荐认为大部分与水接触的表面的最大空穴半径为rmax=10-6 m。如果表面润湿性很好,表观空穴尺寸要比实际尺寸小。

Rohsenow研究发现当最大空穴半径曲线与单相点曲线刚好相切时,其换热系数为:

如果换热系数hc小于这个数值,式(3-46)就不能满足。当液体温度Tb饱和时,hc的数值为kf/2rmax,与过热边界层的厚度是最大空穴半径两倍的假设一致。

对于水压力为0.1~13.6 MPa时,Bergles和Rohsenow给出了如下经验关联式:

式中,q″的单位为W/m2,p为MPa。该式假设加热表面有大量的微孔,忽略表面的粗糙度影响。按照式(3-50)所计算出的起始沸腾热流密度较低,该式是基于可视化观察所得到的结果,而不是根据表面温度响应来判定的,这需要大量的核化气泡产生才会有该效果。

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