Диссертация (Экспериментальное исследование теплообмена при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких и оребренных трубах), страница 14

Сравнение опытных данных по теплоотдаче при конденсации паровой смесивода-этанол на оребренной трубе с s=2,0 мм при cv=14,5%:1 – «прямой» метод; 2 – «косвенный» методДля получения обобщающих зависимостей далее использовались опытныеданные, полученные «прямым» методом.Представляет интерес сравнение опытных данных по теплоотдаче приконденсации паровой смеси вода-этанол, полученных на оребренных трубах,с результатами измерений на гладких горизонтальных трубах при близкихконцентрациях паровой смеси.

На рис. 4.10 показаны наши опытные данныедля оребренной трубы с s=2,0 мм, полученные при сv =12,0%, в сравнении сопытными данными работы [28] по конденсации паровой смеси вода-этанолатмосферного давления с близкой концентрацией этанола в паре (сv=10,0%),на горизонтальной гладкой трубе с наружным диаметром 12,2 мм. В отличиеот результатов нашей работы, где паровая смесь была практическинеподвижна,обтеканииданные [28] были получены при вынужденном поперечномгоризонтальнойтрубыпотокомпаровойсмеси,ноприсравнительно небольшой скорости смеси, составлявшей 0,15 м/c. Видно, чтомаксимальное значение коэффициента теплоотдачи при конденсации на104оребренной трубе примерно в 2 раза выше, чем при конденсации на гладкойтрубе (при степени развития поверхности теплообмена 1,8 для даннойоребренной трубы).

Как и при конденсации на гладких трубах, коэффициенттеплоотдачи на оребренной трубе снижается с ростом температурного напорав связи с постепенным переходом от псевдокапельного режима конденсациик пленочному. Однако дажепри ∆Т=30К коэффициент теплоотдачи наоребренной трубе примерно в 1,5 раза выше, чем на гладкой трубе.Рис.4.10. Сравнение опытных данных по теплоотдаче при псевдокапельной конденсациипаровой смеси вода-этанол на гладкой и оребренной трубах:1 – оребренная труба с s=2мм; 2 – гладкая труба (данные [28])Таким образом, оребрение горизонтальных труб позволяет заметноинтенсифицировать процесс теплообмена при псевдокапельной конденсациипаровой смеси вода-этанол.105ВЫВОДЫ1.Создана экспериментальная установка с автоматизированной системойсбораиобработкиинформациииуправленияэкспериментом,предназначенная для исследования теплообмена при конденсациипаровых смесей на наружной поверхности гладких и оребренных труб;разработаны методы измерения коэффициентов теплоотдачи припсевдокапельной конденсации бинарных паровых смесей.2.Впервые проведено экспериментальное исследование теплоотдачи припсевдокапельной конденсации практически неподвижной паровой смесивода-этанол на горизонтальной гладкой трубе в диапазоне малыхмассовых концентраций этанолавсмеси (от 0,8% до 8,7%).Температурный напор пар-стенка изменялся от 5 до 46К.

Отмечено, чтомаксимальноезначениекоэффициентатеплоотдачиврежимепсевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол при массовойконцентрации этанола в смеси 0,8% в 2,3 раза выше, чем для пленочнойконденсации водяного пара. Опытные данные хорошо согласуются сданными предыдущих исследований теплоотдачи при псевдокапельнойконденсации паровых смесей на горизонтальных трубах.3.Впервые выполнено экспериментальное исследование теплоотдачи припсевдокапельной конденсации практически неподвижной паровой смесивода-этанол на вертикальной трубе. Опыты проведены в диапазонеизменения массовой концентрации этанола в смеси от 0,4% до 16% итемпературных напоров пар-стенка от 2 до 43К. Максимальныйкоэффициент теплоотдачи был получен для массовой концентрацииэтанола 0,8% при температурном напоре пар-стенка 5К и был в 4,5 разавыше, чем при пленочной конденсации водяного пара.

Отмечено, чтопри близких концентрациях этанола в смеси в области относительнонебольших температурных напоров коэффициент теплоотдачи при106псевдокапельнойконденсациипаровойсмесивода-этанолнавертикальной трубе больше, чем на горизонтальной трубе. Установлено,чтоначалопереходаот пленочного режимаконденсациикпсевдокапельному, сопровождающееся быстрым ростом теплоотдачи,соответствует температурному напору пар-стенка, близкому к разноститемператур конденсации и кипения для данного состава смеси, чтосогласуетсясданными,полученнымидругимиавторамидлядвижущейся паровой смеси.4.Впервые получены экспериментальные данные по теплообмену приконденсации паровой смеси вода-этанол на горизонтальных оребренныхтрубах.

Исследование выполнено на трех трубах с оребрениемпрямоугольной формы, отличавшихся расстоянием между ребрами, приизменении массового содержания этанола в паре от 8,7% до 14,5% итемпературного напора пар-стенка от 6 до 32К. Наибольшее значениекоэффициента теплоотдачи было в 4 раза выше, чем при пленочнойконденсации водяного пара на горизонтальной гладкой трубе, чтосвязанокаксразвитиемповерхноститеплообмена,такисинтенсификацией теплообмена за счет перехода к псевдокапельномурежиму конденсации.5.Проведена обработка опытных данных в безразмерном виде и полученыобобщающиепсевдокапельнойзависимостидляконденсациирасчетапаровойсмесигоризонтальных и вертикальных гладких трубах.107теплоотдачивода-этанолпринаЛИТЕРАТУРА1.Mirkovich V.V., Missen R.W. Non-filmwise condensation of binary vaporof miscible liquids // Canadian Journal of Chemical Engineering.

1961.Vol.39. P. 86-87.2.Fujii T., Osa N., Koyama N.S. Free convection condensation of binaryvapor mixtures on a smooth horizontal tube: condensing mode and heattransfer coefficient of condensate // Proceedings of US engineeringfoundation conference. 1993. P. 171–182.3.Goto M., Fujii T. Film condensation of binary refrigerant vapors on ahorizontal tube // Proceedings of the 7th International Heat TransferConference. Munich. 1982.

Vol. 5. P. 71–76.4.Величко Г.Н. Исследование тепло- и массообмена при конденсациибинарных паровых смесей. Дисс. … канд. техн. наук. – Москва, 1974.5.Величко Г.Н., Стефановский В.М., Щербаков А.З. Исследованиетеплоотдачи при полной конденсации паровой смеси этанол-вода //Известия высших учебных заведений. Пищевая Технология. 1974.

№3.С. 119-122.6.Величко Г.Н., Стефановский В.М. Щербаков А.З. Исследованиетеплоотдачиприконденсациибинарныхпаровыхсмесей.// Химическая промышленность. 1975. №1 C. 52-54.7.Ford J.D., Missen R.W. On the conditions for stability of falling filmssubject to surface tension disturbances; the condensation of binary vapors// Canadian Journal of Chemical Engineering. 1968. Vol.48. P. 309–312.8.Utaka Y., Nishikawa T.

Unsteady measurement of condensate filmthickness for solutal Marangoni condensation // Proceedings of the 12thInternational Heat Transfer Conference. 2002. P. 893–898.1089.Hijakata K., Fukasaku Y., Nakabeppu O. Theoretical and experimentalstudies on the pseudo-dropwise condensation of a binary vapor mixture //Journal of Heat Transfer. 1996. Vol.118. P. 140 - 147.10.Utaka Y., Wang S.X. Characteristic curves and the promotion effect ofethanol addition on steam condensation heat transfer // International Journalof Heat and Mass Transfer. 2004. V.47. P.

4507–4516.11.Domingo N., Chen F.C., Murphy R.W. Ammonia Water MixtureExperiments. // Internal report Oak Ridge National Laboratory. TN. 1992.12.Фаткуллин Г. Ш., Теплообмен при конденсации смеси этанола иводы, Дисс. … канд. техн. наук. - Казань, 1995.13.Utaka Y., Terachi N. Measurements of condensation characteristiccurves for binary mixture of steam and ethanol vapor // Heat Transfer Japanese Research. 1995.

Vol.24. P. 57–67.14.Utaka Y., Terachi N. Study on condensation heat transfer for steam–ethanol vapor mixture (Relation between condensation characteristic curveand modes of condensate) // Transactions of the Japan Society ofMechanical Engineers (Series B). 1995. Vol. 61. P. 3059–3065.15.Morison J.N.A., Deans J. Augmentation of steam condensation heattransfer by addition of ammonia // International Journal of Heat and MassTransfer. 1997. Vol.40.

P. 765-772.16.Morrison J.N.A., Philpott C., Deans J.Augmentation of steamcondensation heat transfer by addition of methylamine // InternationalJournal of Heat and Mass Transfer. 1998. Vol.41. P. 3679–3683.17.Kim K.J., Lefsaker A.M., Razani A., Stone A. The effective use of heattransfer additives for steam condensation // Thermal Engineering. 2001.Vol.21. P. 1863–1874.18.Philpott C., Deans J.

The enhancement of steam condensation heat transferin a horizontal shell and tube condenser by addition of ammonia. //109International Journal of Heat and Mass Transfer. 2004. Vol.17. P. 3683–3693.19.Philpott C., Deans J. The condensation of ammonia–water mixtures in ahorizontal shell and tube condenser // Journal of Heat Transfer.2004.Vol.126.

P. 529–534.20.Utaka Y., Wang S.X. Effect of ethanol mass fraction on condensation heattransfer characteristicsfor water–ethanol binary vapor mixture //Transactions of the Japan Society of Refrigerating and Air ConditioningEngineers. 2001. Vol.18 P. 127–134.21.Vemuri S., Kim K.J., Kang Y.T. A study on effective use of heat transferadditives in the process of steam condensation // International Journal ofRefrigeration. 2006. Vol.29. P. 724–734.22.Wang S., Utaka Y. An experimental study on the effect of non-condensablegas for solutal Marangoni condensation // Experimental Heat Transfer.