Судовые паропроизводящие установки

Процесс кипения воды. Кризисы теплообмена

Тепло теплоносителя в котлах и парогенераторах передается нагреваемой среде в поверхностях нагрева. При этом в испарительной поверхности происходит подогрев жидкости до температуры насыщения и ее кипение.

Различают два основных типа кипения жидкости;

- кипение в большом объеме;

- кипение в трубах.

Кипение жидкости начинается с так называемых центров парообразования. Ими могут быть различные неровности (бугорки или трещинки), посторонние включения в металле и т. д. Паровой пузырек появляется в центре парообразования, растет и отрывается от него. Различают следующие режимы движения двухфазного кипящего потока в трубах;

1)

Пузырьковый режим - характерен для малых паросодержаний. Пар движется в форме мелких пузырьков, которые собираются в середине потока в виде цепочек.

2)

Снарядный режим - появляется из пузырькового с увеличением паросодержания. Мелкие пузырьки пара сливаются в более крупные, имеющие форму снарядов. Они разделяются между собой прослойками воды, в которых находятся мелкие пузырьки пара. При снарядном режиме движения длина «снарядных» пузырей может достигать до

10 м, толкаемых сплошными «поршнями» воды. Снарядный режим движения неустойчив. С увеличением давления до 30 кгс/см2 он переходит в смешанный (снарядно-пузырьковый), а при давлениях свыше 100 кгс/см не наблюдается совсем.

3) Стержневой (кольцевой) режим - характеризуется тем, что жидкость покрывает только стенки поверхности нагрева, а в центре находится паровая фаза. Этот режим движения образуется из снарядного при дальнейшем увеличении паросодержания, когда «снарядные» пузыри сливаются между собой, либо сразу из пузырькового при давлениях свыше 100 кгс/см.

4) Эмульсионный режим - характерен для высоких паросодержаний. Капли влаги сравнительно равномерно распределены по объему парового потока во всем сечении трубы; водяная пленка, покрывавшая внутреннюю стенку трубы, полностью разрушается.

Кризисом теплообмена называют явление резкого ухудшения теплообмена при определенных условиях.

Кризис теплообмена 1-го рода - связан с переходом пузырькового режима кипения в пленочный. При пленочном режиме кипения жидкость отделена от стенки поверхности нагрева тонкой пленкой пара, теплопроводность которой намного хуже теплопроводности воды. Переход кипения из пузырькового режима в пленочный происходит при определенных величинах теплового потока, которые называют критическими - Якр.

Величина дкр зависит от давления, паросодержания, скорости движения среды, размеров и формы канала. Значение дкр для каждого конкретного случая можно найти в специальной литературе.

Кризис теплообмена 2-го рода - может возникать и при низких значениях теплового потока. Ухудшение теплообмена возникает в области высоких паросодержаний. Причину его возникновения связывают с переходом стержневого режима движения в дисперсный поток (эмульсионный режим) с последующим подсыханием жидкой микропленки на внутренней поверхности трубы.

Возникновение любого кризиса теплообмена сопровождается скачкообразным повышением температуры металла труб. При возникновении кризиса теплообмена 1-го рода температура металла может превысить допустимую. Поэтому для обеспечения надежной работы поверхности нагрева необходимо выполнять условие;

Я ^ Я кр

Т. е. не допускать возникновения кризиса теплообмена 1-го рода.