Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 25
Текст из файла (страница 25)
С целью проверки этого положения в ЭНИН Академии наук были проведены специальные опыты с различными материалами [Ц Из опытов оказалось, что некоторое влияние материала на коэффициент теплоотдачи наблюдается лишь при малых тепловых нагрузках. При больших же тепловых нагрузках (д)1 10А ккпл(мечпс) материал поверхности нагрева никак не сказывается ни на закономерности изменения коэффициента теплоотдачи, ни на значении критической тепловой нагрузки. Указанное выше ошибочное мнение установилось, повидимому, на основе незакономерного сопоставления между собой опытных данных, полученных в различной обстановке.
д) Влияние шероховатости поверхности. Так как бугорки шероховатости являются местом зарождения Паровых пузырьков, то шероховатость нагреваемой поверх- 140 ткплоотдача при измкнкнии агрегатного состояния сг«5 трубы. Все это должно иметь очень большое влияние на интенсивность теплоотдачи при кипении. Вследствие сложности гидродинамической обстановки, наши знания по процессу кипения в трубах еше далеко не достаточны и пока не могут быть обобщены. Поэтому расчет коэффициента теплоо сдачи и критической тепловой нагрузки при кипении жидкости в трубах следует производить лишь по непосредственным (частным) данным, полученным из опытов с такими же жидкостями и в соответствующих условиях.
В случае же отсутствия необходимых данных порядок искомых величин (а и д, ) можно получить на основе расчета по формулам (12) и (13). Строго говоря, эти формулы применимы лишь для расчета процесса кипения в большом объеме, но для ориентировочных расчетов их можно применить и для расчета процесса кипения в трубах, тем более, если других данных совсем нет. Пример 21. Определить тепловую нагрузку д в нарочном котле при р=10,2 ата и оп= 1 — г,=12'С н найти для этих условий значения ч«р ~~«р' Сначала по формуле (15) определяем «: «=22 реза.агззз=22 10,2оаз 12ззз=22 3,85 325= 28000 ккал/мзчас«С.
Затем, умножая «на Ьй получим д: д= «аз= 28400.12=340 000 акал/мз час. Значение дчр определяется по формуле (13); все физические параметры в этой формуле отнесены к температуре насыщения при р = 10,2 ата. Из табл. 39 (см. приложение) имеем: т =180'С; 1=0,58 ккал/м час 'С; 1' — 885,9 кг/мз; 1" =5,16 кг/мз; Тг = 453«К; г = 48! клал/кг; с =1 057 икал/кг 'С; « = О 0043 кг/м. Подставляя эти значении в формулу (13), получим: 0 58о з(886 9 5 16)зз~з4(5 16.481 45ч)кз О 0043пзз Ч = 14 !Оз «р 886 91О~З4 1 057нь' 0,762.39,0.106,5 0,795 =14 10з ' !69 101 — 2,3 1Оз ккал/м' час.
Полставляя найденное значение д«р в формулу (14), определим значение «кр: «кр — 2,53 рц тл 9~я=1 ° 1ел ккал/мз час С и, наконец, леля д на « , найдем 51 Кр «р' В данном случае все искомые велвчи«ы можно было опрелелить по диаграммам фиг. 69, 70 и 71. ткплоотдьчь пни кондннснции й 181 141 18. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВ 1.
Капельная и пленочная конденсация. Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения, то пар конденсируется, и конденсат оседаег на стенке. При этом различают два вида конденсации: пленочнню, когда конденсат осаждается в виде сплошной пленки, и капельную, когда конденсат осаждается в видеотдельных капелек (фиг. 73). Капельная конденсация возможна лишь в том случае, если конденсат ие смачивает поверхность нагрева (охлаждения). Искусственно капельная конденсация может быть получена путем нанесения на поверхность тонкого слоя масла, керосина или жирных кислот или путем примеси этих веществ к пару.
При этом поверхность должна быть хорошо отполирована. При конденсации же чистого пара смачивающей жидкости на чистой поверхности всегда получается сплошная пленка. Несмотря на такие, казалось бы, определенные условия возникновения Фнг. 73. Кананыхин конньнсьнии нь по- верхности, смоченной керосином. того или иного вида конденсации, никогда уверенно нельзя сказать, какого вида конденсация получается в промышленных аппаратах — конденсаторах. Возможны случаи и смешанной конденсации, когда в одной части аппарата получается капельная, а в другой — пленочная конденсация.
В большинстве случаев наблюдается пленочная конденсация, а при значительных скоростях пара (тя~!О м/сгк) она имеет преимущественное значение. Таким образом, капельная конденсация — явление случайное и весьма неустойчивое. Поэтому ниже подробно рассматривается лишь процесс тепло- отдачи при пленочной конденсации. 2. Теория пленочной конденсации. Все тепло, выделившееся при конденсации пара, должно пройти к стенке через пленку конденсата. Если движение жидкостной пленки— ламинарное, то перенос тепла через нее осуществляется 14О теплоотдАНА пРи изменении А1 РегАтногО сОстОя!аин 1 гл. 5 лишь путем теплопроводностн. Пусть температура частиц конденсата, соприкасающихся со стенкой, равна температуре стенки 4, а частиц, соприкасающихся с паром,— температуре койдеисации пара 4„причем эти граничные температуры остаются постоянными по всей поверхности. Если 1.
коэффициент теплопроводиости конденсата и В„толщина слоя в сечении х (фиг. 74), то количество тепла, переданного единице поверхности, определяется следующим выражением: !7, = — (1,— 1 ) ккал1мвчас. (а) Деля количество переданного тепла !7 на теплоту испарения г, получим количество образовавшегося конденсата: Г7„= 4.= ". ' (Г, — г„) ка1мв ас. (Ь) С другой стороны, количество переданного тепла можно определить по формуле Ньютона: !7„= п„(г', — 1 )' ккал1мвчас.
(с). Из сопоставления формул (а) и '(с) имеем: а„=,— 'ккал/мв час 'С. (с1). о„ Фиг. 74. Пленочная конденсация на вертикальной стенке. Следовательно, определение коэффициента теплоотдачи сводится к определению толщины слоя конденсата о„, которая может быть получена из анализа условий его течения. Ниже приводится вывод Нуссельта для плоской вертикальной стенки (фнг. 74). Ось х расположена в плоскости стенки и направлена вниз, ось у направлена перпендикулярно к стенке. Выделим из слоя элементарный объем со сторонами с(х, !Ту и 1, Координаты этого элемента х и у, объем его Ж=а1х!Ту 1 и вес !40=7!ах!4у.1. На выделенный элемент жидкости действуют две силы: сила трения !те!4х 1 и сила веса Ю=тс(ха!у!. Равнодействующая этих сил должна равняться произведению из массы элемента на ускорение. Но если последним пренебречьт, то равнодействующая будет равна нуль, т.
е. сЬ!Тх.1+7 !тх!ту 1=0, ! В специальнои исследовании Г. П. Кружи!!ин 1451 показал, что такое пренебрежение вносит незначительную погрешность. теплоотдАчл пги конденсАпнн 143 5 18] нлн а28 = — у21у кг!м2. (е) Согласно закону Ньютона "22х 8=12 ОР где та — скорость движения конденсата в направлении оси х 2 х, м/час; 12 — вязность жидкости, кг час1м . Дифференцируя уравнение (1) по у, получим: аЮ О22ах Ыу Ь 1',гу2".
Из (е) и (д) следует, что т ау2 Полагая 1 = сопз1 н произведя интегрирование, получим: 2222 — — о-у +С2У+С2. — = — -8„+С =О нмхн х У у 2 Р' откуда С, = ~ 8 Р. х' Подставляя зти значения С, и С, в уравнение (1), получим закон распределения скоростей в слое конденсата: гвх= '— з„у — — 'у' м/час. ЗР. Средняя скорость 22~ слоя в сечении х равна: ах х .=,— ~' .Ф=-,'-8.' / о (к) Количество жидкости 0„, протекающей в час через сечение х, при ширине плиты, равной единице, определяется следующей формулой: т223 О, та то .1 — кг,час. Постоянные интегрирования С, и С определяются из граничных условий.
При у=О 222 = О н С,=О. Прн у= 82 144 теплоотдАчА пРи изменентси АГРеГАтнОГО состояния [ Гл. З со, с( в.1) т в е (пс) Этот прирост восполняется за счет конденсации и согласно уравнению (Ь) может быть выражен следующим образом: о Ю„= —. — (1,— 1 ) ссх. (и) Х 1 е» Приравнивая (щ) и (п) друг к другу. имеем: с — с — — '" Ых = т— 8 в сВй . (о) „à к в' Интегрируя это уравнение, получим: В,в-~ йв цв м Так как при х=О А=О, то и С=О. Определяя З„из уравнения (р), окончательно получим: . Гати.
(с,— с.) „, к ",вг (Ч) В515 аг йсв — в сгмм Изменение толщины пленки в ростеа в пленке конденсата. ФУнкцни от х согласно этой формуле представлено на фиг. 76. На сечениях, обозначенных пунктиром, показана компонента скорости пс„ согласно уравнению (1). Подставляя теперь выражение для е„ из уравнения (Ч) в уравнение (с), получим значение коэффипиента теплоотдачи п„: а„= — ' = чс' т г"" ккалс'и'час "С. (16) Ф/ ) Среднее значение коэффициента теплоотдачи для вертикальной стенки и вертикальной трубы высотой 0 определяется следующей формулой: и "а лх — Аг т'-гс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
