Основы теплопередачи Михеев М.А, Михеева И.М. (1013622), страница 31
Текст из файла (страница 31)
В конце участка конденсации средняя плотность парожидкостной смеси р = р' и а -+ а,. При заданном расходном массовом паросодержании к отношение плотностей жидкости и пароводяной смеси, входящее в уравнение (4-32), можно выразить формулой (4-33) Ри Р" Средний коэффициент теплоотдачи по всей длине трубы определяется соотношением (4-34) где величины р'/р, рассчитанные по уравнению (4-33), относятся соответственно к входному и выходному сеченипм трубы, 156 Сопоставление (4-34) с опытными данными показано на рис.
4-35. Опыты 16) проводились с трубами длиной 2,5 м при давлении от 12 10" до 90.10' Па как при полной конденсации пара (х, = 1, х, = 0), так и в режимах с частичной конденсацией (х, = 1, кв = = 0,2 —:0,5 и х, = 0,3 —:0,6, х, = 0). Кроме того, были проведены опыты с трубой длиной 12 м при давлениях 60 10' и 90 1О' Па в режиме полной конденсации. Средние тепловые нагрузки д изменялись от 1,6 10' до 1,6.106 Втгма. 405 5 в 5 ВГП4 г,уг У 4 ю бма ру г Ю Рис.
4-35. Зависимость К = 1(ме) при конденсации водяного пара внутри труб. 1 — и 16Х1,5мм; 2 — 4=20Х 1,5мм;а — 4=15Х5,5 мм; 1 — д — 1 = 2,5 мм; 4 — а = 16 Х 1,5 мм, 1 = 12 м. Экспериментальные данные на рис. 4-35 представлены в виде зависимости ~„р„-оаз К вЂ” 1(Ке), о,б[3 (р'lрм)1+3' (р% 121 где Ыи = 660/Л вЂ” число Нуссельта; Ке — число Рейнольдса, рассчитанное по потоку конденсата при полном расходе 6.
Все физические параметры, входящие в числа подобия, отнесены к температуре насыщения. Для большей наглядности в представлении опытных точек на графике 1 по оси ординат отложена 151 величина К„на графике П вЂ” величина 2К и т. д. Тангенс угла наклона графиков Т вЂ” Л~ равен 0,8. Отсюда следует, что коэффициент теплоотдачи пропорционален величине це".
Зависимость (4-34) подтверждается также опытными данными других исследователей. При более низких тепловых потоках, когда на характер движения коиденсатной пленки оказывает влияние также сила тяжести, закономерности теплоотдачи для вертикальных и горизонтальных труб носят более сложный характер. Такие исследования описаны, в частности, в 112, 31 ). 4. Теплоотдача при капельной конденсации пара. Если конденсат не смачивает поверхность охлаждения, то конденсация пара приобретает капельный характер. На поверхности образуются и растут отдельные капли конденсата.
Скоростная киносъемка показывает, что рост возникающих капелек в начальный период идет с очень высокой скоростью. Затем по мере увеличения размера капель скорость их роста постепенно снижаегся. При этом одновременно наблюдается непрерывно идущий процесс взаимного слияния капель. В итоге, когда отдельные капли достигают размера примерно одного или нескольких миллиметров, они скатываются с поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора И = 1,— (,. Наблюдения показывают, что при малых И капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение).
При увеличении Л1 на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается. Зависимость коэффициента теплоотдачи а при капельной конденсации водяного пара от температурного напора ЛГ приведена на рис. 4-36.
Этот график получен 130 1 в результате анализа и обобщения опытных данных. Следует обратить внимание на то, что коэффициенты теплоотдачи при капельной конденсации имеют очень высокие значения. Зависимости, приведенные на рис. 4-36, могут быть рекомендованы для практических расчетов. При капельной конденсации пара на поверхности пучка горизонтальных труб скатывание капель с трубы на трубу, как показывают опытные данные, приводит к некоторому снижению интенсивности теплоотдачи. Однако это снижение обычно не превышает 1О— !6ЗЬ.
Опыты показывают также, что из-за очень высокой интенсивности теплоотдача при капельной конденсации весьма чувствительна даже к ничтожным примесям в паре неконденсирующихся газов (воздуха). Этот вопрос пока еще исследован недо зтаточно. 158 Пример 4-5. Определить коэффициент теплоотдачи при конденсации водяного пара атмосферного давления на поверхности горизонтальной трубы диаметром !) = 16 мм, если температура поверхности трубы / =- 80'С. Из уравнения (4-22) гз = сгчлео Величину сгмл определяем по уравнению (4-19): А, и = 0,728 4 у' /75/ сыщения !, = 100'С Лля температуры на из табл 4-5 12,2.10з Вт/(мтм.'сз/4), тогда 12,2 10з Ям з = 0,728 4 = 11800 Вт/(мз 'С).
1 16.10 — з(!00 80) Вг//м "с/ г ,з--!442 85 50 44-5 г В Д/4 г з + у 47 //юга г 3 4Е Рис. 4-36. Теплоотдача при капельиой конденсации водяного пара в зависимости от !, и 5!. Поправка з! определяется по табл. 4-4; ег =- 0,967. В итоге имеем: сг = = 11 800 0,967 = 11 400 Вт/(мз'С). Пример 4-6. /(ля условий примера 4-5 определить тепловой поток // и количество образующегося конденсата на поверхности трубы длиной 1 = =-!м: !) = иг (!,— !с), где г — площадь поверхности теплообмена: г пР! 3 14 16 1Π— з 1 5 02 1О з мз. При !, = 100'С г = 2,26 1О Дж/кг; р, = 2,82 1О ~ Па с. Я = 11400 5,02.10 з(!00 — 80) = 11450 Вт. Количество образующегося конденсата определяем йо формуле (и): 11 450 6 = — = =- 5,08 1О з кг/с.
2,26 1Оа 159 Пример 4-7. Для условий примера 4 5 определить коэффициент тепйоотдачи, если труба расположена вертикально и имеет высоту: а) й =- 1 м; б) й=3м. По табл. 4-5 определяем величину (йЛГ)ар при атмосферном давлении: (йЛ1)ар = 44,6 м 'С. а) й = 1 м. Величина йЛТ =- 1 (100 — 80) = 20 и 'С; йЛ1( (йЛТ)„р. Следовательно, течение пленки носит ламинарно-волновон характер, и расчет производим по формуле (4-26). Коэффициент теплоотдачи игг „ определяется по формуле (4-18) и,ч,— — 0,943 '' = — 0,943 ' =5,6 10з Втг(АЯ -"С).
А м,, 12,2 1О' Поправка зт определяется из табл. 4-4, зт = 0,967. Сначала подсчитываем коэффициент теплоотдачи и', принимая ер =- 1: и = им лел — — 5,6 1О 0,967 = — 5,42 ° 1О Вам 'С). Затем определяем поправку на волновое течение з„. )(ля этого по формуле (4-25) рассчитываем число Ке: и йЛГ 5,42 10 20.1 Ке= 4 2,26 1О 2,82.10 По формуле (4-23) вычисляем з: (Ке74)о,о4 (682/4)ол4 1 23 Искомый коэффициент теплоотдачи: и = и ее = 5,42.10з 1,23= — 6,68.10 Вт/(лгл.*С). б) й = 3 м.
Величина йЛГ = 3 20 = 60 и С; йЛ! > (йЛ1) р. Следовательно, течение пленки итлеет смешанный характер: в верхней части ламинарно-волновой, в нижней — турбулентный. Расчет производим по формуле (4-29). При й =- 100'С Рг, = 1,75 (см. табл. П-4); йЛГ ( ' ' ( (йЛГ)лр 2,26 1О 2,82.10 г оз г 60 =400 ' ~ !+0,625 1,75' ~ — — !1( 60 ~ "44,6 =-- 5,92 1Оз Вт)(лП *С). ГЛАВА ПЯТАЯ 1ЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 5-4. ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Как известно, носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с длиной волны от малых долей микрона до многих километров. В зависимости от диапазона длин волн такие излучения известны под разными названиями: рентгеновские, 160 ультрафиолетовые, световые, инфракрасные лучи, радиоволны.
Примерная классификация их следующая (18]: Внд излучении Длина волны 0,05 1О мкм . (0,5-:1,0) !О з мкм 10 а — 2010 З мкм. 20 1О з — 0,4 мкм 0,4 — 0,8 мкм . 0,8 мкм — 0,8 мм 0,2 мм — Х км Космическое у-излучение Рентгеновское Ультрафиолетовое Видимое Тепловое (инфракрасное) Радиоволны Это деление сложилось исторически: в действительности какой- либо резкой границы по длинам волн не существует.
С квантовой точки зрения лучистый поток представляет собой поток некоторых частиц-фотонов, энергия которых равна Йч, где гт = б,б2 10 ~Дж с — постоянная Планка и и — частота колебаний эквивалентного электромагнитного поля. Напомним, что длина волны Л связана с частотой колебания ч соотношением Лч =с, где с — скорость распространения колебаний (в вакууме с = = 3.10а м/с).
Для нас наибольший интерес представляют те лучи, возникновение которых определяется только температурой и оптическими свойствами излучающего тела. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, т. е. лучи с длиной волны приблизительно от О,б до 800 мкм. Эти лучи и называют тепловыми, а процесс их распространения — тепловым излучением. Природа тепловых и световых излучений одна и та же. Разница между ними лишь в длине волны; световые лучи имеют длину волны 0,4 — 0,8, а тепловые 0,8 — 800 мкм. Законы же распространения, отражения и преломления, установленные для световых лучей, справедливы и для тепловых. Поэтому, чтобы лучше себе представить какие-либо сложные явления теплового излучения, всегда закономерно проводить аналогию со световым излучением, которое нам больше известно и доступно непосредственному наблюдению.
Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них излучает энергию в окружающее пространство. При попадании на другие тела эта энергия частью поглощается, частью отражается и частью проходит сквозь тело. Та часть лучистой энергии, которая поглощается телом, снова превращается в тепловую.
Та часть энергии, которая отражается, попадает на другие (окружающие) тела и ими поглощается. То же самое происходит и с той частью энергии, которая проходит сквозь тело. Таким образом, после ряда поглощений энергия излучения полностью распределяется между окружающими телами. Следовательно, каждое тело не только непрерывно излучает, но и непрерывно поглощает лучистую энергию. В результате этих явлений, связанных с двойным взаимным превращением энергии (тепловая — лучистая — тепловая), и осущест- 6 заказ м пут 161 вляется процесс лучистого теплообмена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
