Практическая работа №2. Практическая работа 2 по дисциплине Основы гидравлики и термодинамики раздел Основы термодинамики

• Название: Практическая работа 2 по дисциплине Основы гидравлики и термодинамики раздел Основы термодинамики
• Дата: 11.10.2022
• Размер: 1.22 Mb.
• Имя файла: Практическая работа №2.docx
• Тип: Практическая работа; #727546
• страница: 3 из 3

Практическая работа 2.4
Пользуясь формулой Кутателадзе и формулой Михеева, определить коэффициент теплоотдачи , температурный напор и температуру t_с поверхности нагрева при пузырьковом кипении воды в неограниченном объеме, если даны плотность теплового потока q, подводимого к поверхности нагрева, и давление р, при котором происходит кипение. Сопоставить результаты расчета по обеим формулам, вычислив процент несовпадения.

Построить схематично график зависимости q и при кипении воды, указав на ней область пузырькового кипения и ориентировочно положение точки, соответствующей заданному режиму.

Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, взять из табл. 2.7 согласно таблице вариантов.
Таблица 2.7 – Данные, необходимые для выполнения практической работы 2.4

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Интенсивность теплового потока q, МВт/м2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
Давление насыщения р, МПа	1,0	1,56	2,32	3,35	4,7	1,0	1,56	2,32	3,35	4,7

Методические указания к практической работе 2.4
Изучите режимы процессов кипения, а для пузырькового и пленочного режимов — методику определения коэффициентов теплоотдачи.

Заинтересованность в высокой интенсивности теплообмена заставляет обратить внимание, особенно на пузырьковый режим кипения. Однако именно для этой области кипения пока не существует строгой теории. Поэтому, а также вследствие опечаток в ряде изданий, формулы для расчета теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении различных жидкостей, в том числе и воды, иногда отличаются друг от друга, так что результаты вычислений по ним существенно не совпадают. Поэтому рекомендуется пользоваться следующими формулами для пузырькового кипения в неограниченном объеме (все величины, входящие в них, выражены в единицах СИ). Для произвольных жидкостей — формула Кутателадзе:



где значение в первых скобках выражается в м^–2, во вторых скобках — безразмерно, g = 9,81 м/с²;

– плотность кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м³;

– коэффициент теплопроводности кипящей жидкости, Вт/(мК);

– ее поверхностное натяжение, Н/м;

а – ее коэффициент температуропроводности, м²/с;

– ее давление насыщения, Па;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;

q – плотность теплового потока, Вт/м²;

Pr – число Прандтля жидкости.

Контроль за единицами величин, подставляемых в формулу, должен быть особенно тщательным.
Более простая и точная (± 35 %) формула расчета теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применяемая только для воды, рекомендована Михеевым. С учетом последующего уточнения (см.: Рассохин Н.Г., Шведов Р.С., Кузьмин А.В. Расчет теплоотдачи при кипении. Теплоэнергетика, 1970, № 9, с. 58–59) она имеет вид:

При 0,1 МПа ≤ р ≤ 3 МПа

;

при 3 МПа ≤ р ≤ 20 МПа

,

где – коэффициент теплоотдачи, имеет размерность Вт/(м²К); р – МПа; q – Вт/м².

Наиболее вероятный источник ошибок при вычислении — недостаточный контроль за единицами величин, подставляемых в формулы. После вычисления по указанным формулам коэффициента теплоотдачи определяют по формуле Ньютона – Рихмана температурный напор при кипении. Зная давление кипящей воды, определяют по таблицам термодинамических свойств насыщенного водяного пара и воды (или по табл. 2.8 приложения [1]) температуру насыщения t_н, а по t_н и находят температуру поверхности нагрева.
Таблица 2.8 – Физические свойства воды на линии насыщения

t, °C	p10-5 Па,	ρ, кг/м3	h, кДж/кг	Cр, кДж/(кгК)	102, Вт/(мK)	a 108 m2/c	μ106 Пас	ν106 м2/с	β104 1/K	104. H/м	Pr
0	1,013	999,9	0	4,212	55,1	13,1	1788	1,789	-0,63	756,4	13,67
10	1,013	999,7	42.04	4,191	57,4	13,7	1306	1,306	40,70	741,6	9,52
20	1,013	998,2	83,91	4,183	59,9	14,3	1004	1,006	1,82	726,9	7,02
30	1,013	995,7	125,7	4,174	61,8	14,9	801,5	0,805	3,21	712,2	5,42
40	1,013	992,2	167,5	4,174	63,5	15,3	653,3	0,659	3,87	696,5	4,31
50	1,013	988,1	209,3	4,174	64,8	15,7	549,4	0,556	4,49	676,9	3,54
60	1,013	983,1	251,1	4,179	65,9	16,0	469,9	0,478	5,11	662,2	2,98
70	1,013	977,8	293,0	4,187	66,8	16,3	406,1	0,415	5,70	643,5	2,55
80	1,013	971,8	355.0	4,195	67,4	16,6	355,1	0,365	6,32	625,9	2,21
90	1,013	965,3	377,0	4,208	68,0	16,8	314,9	0,326	6,95	607,2	1,95
100	1,013	958,4	419,1	4,220	68,3	16,9	282,5	0,295	7,52	588,6	1,75
110	1,43	951,0	461,4	4,233	68,5	17,0	259,0	0,272	8,08	569,0	1,60
120	1,98	943,1	503,7	4,250	68,6	17,1	237,4	0,252	8,64	548,4	1,47
130	2,70	934,8	546 4	4,266	686	122	217,8	0,233	9,19	528.8	1,36
140	3,61	926,1	589,1	4,287	68,5	17,2	201,1	0,217	9,72	507,2	1,26'
150	4,76	917,0	632,2	4,313	68,4	17,3	186,4	0,203	10,3	486,6	1,17
160	6,18	907,0	675,4	4,346	68,3	17,3	173,6	0,191	10,7	466,0	1,10
170	7,92	897,3	719,3	4,380	67,9	17,3	162,8	0,181	11,3	443,4	1,05
180	10,03	886,9	763,3	4,417	67,4	17,2	153,0	0,173	11,9	422,8	1,00
190	12,55	876,0	807,8	4,459	67,0	17,1	144,2	0,165	12,6	400,2	0,96
200	15,55	863,0	852,5	4,505	66,3	17,0	136,4	0,158	13,3	376,7	0,93
210	19,08	852,8	897,7	4,555	65,5	16,9	130,5	0,153	14,1	354,1	0,91
220	23,20	840,3	943,7	4,614	64.5	16,6	124,6	0,148	14,8	331,6	0,89
2.30	27,98	827,3	990,2	4,681	63,7	16,4	119,7	0,145	15,9	310,0	0,88
240	33,48	813,6	1037,5	4,756	62,8	16.2	114,8	0,141	16,8	285,5	0,87
250	39,78	799,0	1085,7	4,844	61,8	15,9	109,9	0,137	18,1	261,9	0,86
260	46,94	784,0	1135,7	4,949	60,5	15,6	105,9	0,135	19,7	237,4	0,87
270	55,05	767,9	1185,7	5,070	59,0	15,1	102,0	0,133	21,6	214,8	0,88
280	64,19	750,7	1236,8	5,230	57,4	14,6	98,1	0,131	23,7	191,3	0,90
290	74,45	732,3	1290,0	5,485	55,8	13,9	94,2	0,129	26,2	168,7	0,93
300	85,92	712,5	1344,9	5,736	54,0	13,2	91,2	0,128	29,2	144,2	0,97
310	98,70	691,1	1402,2	6,071	52,3	12,5	88,3	0,128	32,9	120,7	1,03
320	112,90	667,1	1462,1	6,574	50,6	11,5	85,3	0,128	38,2	98,10	1,11
330	128,65	640,2	1526,2	7,244	48,4	10,4	81,4	0,127	43,3	76,71	1,22
340	146,08	610,1	1594,8	8,165	45,7	9,17	77,5	0,127	53,4	56,70	1,39
350	165,37	574,4	1671,4	9,504	43,0	7,88	72,6	0,126	66,8	38,16	1,60
360	186,74	528,0	1761,5	13,984	39,5	5,36	66,7	0,126	109	20,21	2,35
370	210,53	450,5	1892,5	40,321	33,7	1,86	56,9	0,126	164	4,709	6,79

График зависимости q и схематично приведен на рис. 2.3 и 2.4. Правильность решения задачи можно проконтролировать, сопоставив результат с диапазоном значений коэффициента теплоотдачи при пузырьковом (пузырчатом) кипении воды. Нижняя граница этого диапазона ≈ 20 кВт/(м²К), верхняя представлена в зависимости от давления на рис. 2.5.


Рисунок 2.3 – Зависимость плотности теплового потока от перегрева жидкости




а)



б)

Рисунок 2.4 – График зависимости q от при кипении жидкости.

Переход к пленочному режиму при паровом (а) и электрическом (б) обогревах


Рисунок 2.5 – Зависимость , и от давления кипения воды в большом объеме в условиях свободной конвекции