Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 30
Текст из файла (страница 30)
4-32). Следовательно, у стенки полу'- чается зона с повышенным содержанием воздуха, через которую молекулы пара проникают лишь путем диффузии. Следствием этого является снижение температурного напора, 1,— 1„так как из-за уменьшения парциального давления пара у поверхности пленки температура насыщения 1, всегда ниже температуры насыщения при давлении р,. Опытная кривая изменения относительного коэффициента теплоотдачи в зависимости от концентрации воздуха в паре по данным 120 ! приведена на рис. 4-33. Здесь по оси абсцисс нанесено значение массовой концентрации воздуха в паре х = т,!т„ М, а по оси ординат — отношение а,Ъ, где и, — масса воздуха, кг; и масса пара, кг, содержащиеся в единице объема смеси.
Коэффициент теплоотдачи а, отнесен к разности температур 1„ — 1„ где ㄠ— температура паровоздушной смеси вдали от поверхности, 'С. Опыты проводились на горизонтальных трубах. Как видно из рисунка, при содержании в паре даже 1'/о воздуха коэффициент теплоотдачи снижается на 60Ую. При работе промышленных конденсаторов воздух непрерывно отсасывается, хотя здесь вследствие хорошего перемешивания наличие воздуха сказывается меньше. г. Влияние скорости и направления теч е н и я п а р а. Приведенные выше зависимости справедливы для неподвижного пара или когда скорость его течения мала.
При значительных скоростях поток пара оказывает динамическое воздействие на конденсатную пленку. Если движение пара совпадает с направлением течения пленки, поток пара ускоряет движение конденсата в пленке, ее толщина уменьшается, и коэффициент теплоотдачи возрастает. При движении пара снизу вверх, т. е. в обратном направлении, течение пленки тормозится, толщина ее увеличивается, а коэффициент теплоотдачи уменьшается.зОднако такое явление происходит лишь до тех пор, пока динамическое воздействие пара не превысит силу тяжести.
После этого пленка пара увлекается вверх и частично срывается с поверхности. При этом с увеличением скорости пара коэффициент теплоотдачи вновь растет. д. Влияние компоновки поверхности н аг р е в а. При проектировании конденсационных устройств большое внимание должно уделяться правильной компоновке поверхности нагрева. Теплоотдача на горизонтальных трубах имеет большую интенсивность, чем на вертикальных, так как в первом случае толщина пленки конденсата меньше. Однако это справедливо лишь для одной трубки или для верхнего ряда в пучке.
В многорядных пучках конденсат с верхних рядов стекает на нижние, поэтому и пленка здесь получается более толстой. Однако в реальных условиях конденсат стекает в виде отдельных капель или струйками, что вызывает одновременно значительные возмущения и даже турбулизацию пленки. Кроме того, при конденсации пара на многорядном пучке необходимо учитывать влияние скорости движения 153 п оступающего пара в зазорах между трубами, которая может изменять характер стекания конденсата. Для вертикальных труб коэффициент теплоотдачи книзу уменьшается вследствие утолщения пленки.
В этом случае среднее значение теплоотдачи можно увеличить путем установки по высоте трубы конденсатоотводных колпачков (рис. 4-34). Установка таких колпачков через каждые 10 см на трубе высотой й = 3 м увеличивает среднее значение коэффициента теплоотдачи в 2 — 3 раза. Еще большее увеличение теплоотдачи получается при подаче пара в виде тонких струек, движущихся с большой скоростью. При ударе таких струек о стенку происходит разрушение пленки и разбрызгивание конденсата.
По опытным данным 1781 термическое сопротивление теплоотдачи при этом уменьшается в 3 — 10 раз. Последнее, конечно, в значительной мере зависит от диаметра струек, их количества, направления и скорости истечения. Имеются и другие средства интенсификации теплоотдачи. Однако эта задача в большинстве случаев не очень актуальна, так как при конденсации пара теплоотдача и так достаточно высока. Поэтому при проектировании конденсаторов большое внимание следует й уделять профилактическим мерам против снижения теплоотдачи вследствие, например, наличия воздуха, неправильного отвода конденсата и подачи пара в аппарат, отложения на поверхности солей, масла и других загрязнений.
Именно эти обстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсаторов. Рис. 4-34. Схема установки конденсатоотводных колпачков на вертикальных трубах. 3. Теплоотдача при конденсации пара в трубах. Если в трубу с охлаждаемой поверхностью подводится пар, то по мере прохождения по трубе пар постепенно конденсируется и на стенках образуется пленка конденсата. При этом расход пара ба и его скорость и" падают по длине трубы, а расход конденсата 6' увеличивается. Основной особенностью процесса конденсации в трубах является наличие динамического взаимодействия между паровым потоком и пленкой.
На пленку конденсата действует также сила тяжести. В итоге в зависимости от ориентации трубы в пространстве и скорости пара характер движения конденсата может быть различным. В вертикальных трубах при движении пара сверху вниз силы тяжести и динамического воздействия парового потока совпадают по направлению и пленка конденсата стекает вниз. В коротких трубах при небольшой скорости парового потока течение пленки в основном определяется силой тяжести аналогично случаю конденсации неподвижного пара на вертикальной стенке. Такой же оказывается и интенсивность теплоотдачи [311.
При увеличении скорости 154 пара интенсивность теплоотдачи растет. Это объясняется уменьшением толщины конденсатной пленки, которая под воздействием парового потока течет быстрее. В длинных трубах при больших скоростях движения пара картина процесса усложняется. В этих условиях наблюдаются частичный срыв жидкости с поверхности пленки и образование парожидкостной смеси в ядре потока. При этом влияние силы тяжести постепенно утрачивается, и закономерности процесса перестают зависеть от ориентации трубы в пространстве. В горизонтальных трубах при не очень больших скоростях парового потока взаимодействие сил тяжести и трения пара о пленку приводит к иной картине течения.
Под влиянием силы тяжести пленка конденсата стекает по внутренней поверхности трубы вниз. Здесь конденсат накапливается и образует ручей. На это движение накладывается движение конденсата в продольном направлении под воздействием парового потока. В итоге интенсивность теплоотдачи оказывается переменной по окружности трубы: в верхней части более высокая, чем в нижней. Из-за затопления нижней части сечения горизонтальной трубы конденсатом средняя интенсивность теплоотдачи при небольших скоростях пара может оказываться даже более низкой, чем при конденсации неподвижного пара снаружи горизонтальной трубы того же диаметра [48). При конденсации в трубах различают режимы полной и частичной конденсации пара.
В первом случае весь поступающий в трубу пар конденсируется целиком, н на выходе из трубы движется сплошной поток конденсата. При частичной конденсации на выходе из трубы течет парожидкостная смесь. Поскольку полный расход пара и конденсата 6 по длине трубы не изменяется, уравнение материального баланса для любого поперечного сечения трубы имеет вид: 6" + 6' = 6 = сопз1. Огношение расхода пара 6", проходящего через данное сечение трубы, к полному расходу 6 называют расходным миссовмм паросодержанием двухфазного потока в этом сечении; его принято обозначать символом хп к =- 6'66. Так, если на вход в трубу поступает насыщенный пар, то во входном сечении расходное массовое паросодержание равно единице (х, = — 1).
При подаче в трубу влажного пара расходное массовое паросодержание на входе меньше единицы (х,(1). По мере движения потока по трубе вследствие конденсации содержание пара уменьшается. При полной конденсации пара в выходном сечении х, = О, при частичной х,)0. Уравнение теплового баланса для элемента трубы длиной Л имеет следующий вид: Чпо Л = И6', 1ВВ где д — плотность теплового потока в данном сечении трубы; 0— внутренний диаметр трубы. Если это уравнение проинтегрировать по длине от 0 до 1, то получим уравнение теплового баланса для всей трубы: диР1 = гСг (х,— х,), где д — средняя по длине трубы плотность теплового потока; х, и х, — входное и выходное расходные массовые паросодержания потока.
Из последнего уравнения видно, что суммарный массовый расход пара и конденсата 6, проходящий через трубу, однозначно связан с тепловой нагрузкой, размерами трубы и значениями расходного массового паросодержания потока на входе и выходе из канала. При этом чем выше тепловая нагрузка д и чем длиннее труба, тем выше должны быть расход и скорость потока в трубе.
В этих условиях течение конденсатной пленки в основном определяется динамическим воздействием со стороны парового потока, причем на большей части длины (за исключением начального участка) режим движения конденсата в пленке носит турбулентный характер. Происходящий при этом интенсивный срыв жидкости с пленки в поток и обратный перенос капелек жидкости из ядра потока на пленку способствует процессу турбулентного перемешивания конденсата внутри пленки. Расчет теплоотдачи в этих условиях следует производить по формуле, полученной авторами [6) в результате теоретического анализа, основанного на аналогии Рей пол ьдса: а =а ~/р'/р (4-32) где а, — коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формуле (3-38) при турбулентном движении жидкости (конденсата) в трубе с расходом 6; р — средняя плотность парожидкостной смеси в данном сечении трубы. Соотношение (4-32) определяет локальную интенсивность тепло- отдачи для данного сечения канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
