Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Форму- ла (24) строго справедли- э „Ь ва для неподвижного пара [~ или, когда скорость его течения мала, те (10 ля/еек. При значительных скоро- 1 э,1 э ! стях между паром и жидкой пленкой возникает трение. Если движение о гэ о гз га т~/ пара совпадает с направ- — в леннем течения пленки, Элерт н' лт/ее" йлнз то вследствие трения скоФнг. 79. Изменение козффнннента тепло- рость течения пленки увеотдачи прн конденсаннн в зависимости личиваетея, толщина ее от скорости н направления лвнжвння уменьшается и коэффипаРа прн Разлнчных давлениях. ЦИЕНТ ТЕПЛООтдаЧИ ВОЗра- стает. При движении же пара снизу вверх, т. е. в обратном направлении, .течение пленки тормозится, толщина ее увеличивается и коэффициент теплоотдачн уменьшается. Однако, так явление протекает лишь до тех пор, пока сила трения не превысит силы тяжести.
После этого пленка увлекается вверх и срывается с поверхности; при этом с увеличением скорости пара коэф!рнци.нт теплоотдачи растет. О характере влияния скорости и направления течения пара на теплоотдачу дают представление кривые на фиг. 79, которые также показывают, что при малых давлениях влияние скорости пара невелико, но с увеличением давления оно очень сильно возрастает.
б) Влияние состояния поверхности. Теплоотдача при конденсации пара очень сильно зависит от состояния поверхности. Если поверхность шероховата или покрыта слоем окисла, то вследствие дополнительного сопротивления течению пленки толщина ее увеличивается, а коэффициент теплоотдачн при этом снижается на ЗОаа и более. Здесь й 181 ткплоотдлчл пги кондкнслции 151 большое влияние оказывает также термическое сопротивление оксидной пленки на поверхности. в) Влияние перегрева пара.
В случае конденсации перегретого пара необходимо учитывать теплоту перегрева д„=с„(1„— 8,) ккал(кг и вместо теплоты парообразования г в расчетную формулу следует подставлять значение г'=г+ +д„, где ҄— температура перегретого пара, 1,— температура насыщения и са — теплоемкость перегретого пара. За разность температур при этом попрежнему принимается И= — 1',а практике такой способ расчета оказался наиболее приемлемым. ав ара а леадта 3 с:а Фиг. 81.
Характер изчеиеииа царциальиых аавлеиий пара и воздуха, а также теипературы пара в конденсаторе. Фиг. 80. Теплоотдача насыптекиого и перегретого пзра при пленочной коидеисации, Если температура стенки ниже температуры насыщения, то процесс конденсации перегретого пара протекает так же, как и насыщенного. Конечно, это не значит, что перегретый пар сразу становится насыщенным во всем объеме; насыщенным пар становится лишь у стенки по мере его охлаждения, а вдали от стенки он может и будет оставаться перегретым.
Так как г') г, то из формулы (24) следует, что при конденсации перегретого пара теплоотдача несколько выше, чем при конденсации насыщенного. Специальные опыты Гнама [09] подтверждают это положение как для капельной, так и для пленочной конденсации (фиг. 80). Однако, разница невелика, составляя всего лишь около 3%; в практических расчетах ею вполне можно пренебречь.
г) Влияние содержания в паре неконденсир у ю щ и х с я г а з о в. При наличии в г аре воздуха или других неконденсируюш их газов теплоотдача при конденсации сильно снижается, Это происходит потому, что на холодной стенке 152 теплООтдА !А НРН !иэа!имении АГРеГАтнОГО состОян!ы [ Гл. 5 конденсируется только пар, а воздух остается. При отсутствии конвекции с течением времени воздух скопляется около стенки и оказывает значительное препятствие продвижению пара к стенке.
В самом деле, на основании закона Дальтона ! общее давление смеси р составляется из парциального давления пара р„ и парциального давления воздуха р,, т. е. Ро = Р„+Р,. Вследствие конденсации паРа Р„У стенки меньше, Р,г Фиг. 82. Относительное изменение коэффициента тепло- отдачи при конде;!сации в зависимости от содержания воздуха в паре. чем в остальном объеме.
Поэтому в направлении к стенке р„непрерывно падает, и чем ближе к стенке, тем быстрее, а р„наоборот, возрастает (фиг. 81). Следовательно, у стенки получается большая концентрация воздуха, которую можно отождествить со слоем, через который молекулы пара проникают лишь путем диффузии. Следствием этих явлений получается также снижение температурного напора И=1,— 1, так как температура смеси всегда равна температуре насыщения пара при парциальном давлении р„. Так как р„(р, то и температура 1, всегда ниже температуры насышения при давлении ро.
Опытная кривая изменения относительного коэффициента теплоотдачи в зависимости от относительного содержания воздуха в паре по данным Гудымчука [161 приведена на фиг. 82. Здесь по оси абсцисс нанесено значение у,1Т„ в процентах, а по оси ординат отношение а,~а, где Т, — удельный вес воздуха, т„ †удельн вес пара, а, †коэффицие теплоотдачи при наличии в паре воздуха и а †коэффицие теплоотдачи при конденсации чистого пара.
ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ й 18] 153 ]так видно из фигуры, при содержании в паре даже ! % воздуха коэффициент теплоогдачи снижается на 60%. Прн работе промышленных конденсаторов воздух непрерывно отсасываегся, хотя здесь вследствие хорошего перемешивания наличие воздуха сказывается меньше, чем это следует из фиг. 82.
Более подробно о перемешиваиии см. в работе В. А. Баума 151. д) Влияние компоновки поверхности нагрев а. При расчете конденсационных устройств большее внимание Фиг. 88. Схемы компоновки труб в конденсаторах. а -иоридор~ге;б-ромбичесиги;г -по схеме Жиигбо. должно уделяться правильной компоновке поверхности нагрева, наппимер, как выгоднее располагать трубки, вертикально или горизонтально. Для одиночной трубки этот вопрос решается в пользу горизонтального расположения. "г 0,74 4ГН В самом деле, из формулы (20) следует, что — =-,', рг и —, аг 1,15 $' гТ ' для трубы при И=0,02 ж и 1=1 Аг, — =-' — — — =-],7. аг 074 б/ ! 00 а 115~/ 2 Это означает, что при равных условиях конденсации для горизонтальной трубки коэффициент теплоотдачи получается в ],7 раза выше, чем для вертикальной. Однако, это справедливо лишь для одной трубки или для верхнего ряда труб в пучке. В многорядных же пучках конденсат с верхних рядов стекает на нижние (фиг.
83). Поэтому здесь пленка получается значительно толще и коэффициент теплоотдачи ниже, чем для верхнего ряда. Значение поправочного коэффициента а„ определяется схемой расположения труб и номером ряда, отсчитываемого сверху. Для коридорного и шахматного (ромбического) расположений труб значения в„ приведены иа фиг. 84. При повороте ромбического пучка на некоторый угол т к горизонту можно добиться такого положения, когда с верхних рядов на нижние конденсат стекает лишь по одной 184 ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ АГРЕГАТНОГО СОСТО>ШПЯ [Га 5 стороне (схема Жинабо, фиг. 83, в), а пар подается с противоположной стороны, где пленка тоньше. Значения поправочных коэффициентов для схемы Жинабо выше, чем для коридорной и ромбической.
В больших конот денсаторах для проб г межу точного отвоз да конденсата обыча но устанавливаются 0,4 специальные наклон- ~~ ные перегородки (фиг. 85). 'ан Для вертикальфнг. 84,а„ = — для равличных рядов кондена ных труб коэффисатора, считая сверху. циент теплоотдачи 1 жинаао; 2 — шахматная «омпоновиа: 3--иоРиаоРнан Кивэу уМЕНЬШаЕтСя иампо. овна. вследствие утолщения пленки. В этом случае среднее значение теплоотдачи можно увеличить путем установки по высоте трубы конден- 0,0 0 5 0 тз тя п ряаувд фиг. 85.
Схема расположения труб в промышлепиом конденсаторе. й 181 таплоотдлчл пги кондвнслции 155 сатоотводных колпачков (фиг.86). Установка таких колпачков через каждые 10 см на трубе высотой Н= 2,9 л увеличивает среднее значение коэффициента теплоотдачи в 2 —: 3 раза. Еще большее увеличение коэффициента теплоотдачи получается при подаче пара в виде тонких струек, движу- шихся с большой скоростью. При ударе таких струек о стенку происходит разрушение пленки и разбрызгивание конденсата. По опытным данным А. П. Саликова178) термическое сопротивление теплоотдачи при этом уменьшается в 3 †: 10 раз. Последнее в значительной мере, конечно, зависит от диаметра струек, ~ г количества их, направления и скорости истечения. 1~! ~й Имеются и другие средства интенсификации теплоотдачи.
Однако, эта задача в большинстве случаев не актуальна, так как при Ф ~~ конденсации пара теплоотдача и так доста- М~~~' точно высока. Поэтому при проектировании теплообменников большее внимание следует т~ ~~э уделять профилактическим мерам против сни- 1э ю~ жения теплоотдачи вследствие, например,наличия воздуха, неправильного отвода конден- ~! сата, отложениЯ на повеРхности накипи, со- л"1 лей, масла и других загрязнений. Именно эти обстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсаторов.
в' е) ВлиЯние пРимеси дРУгих па- фиг зв 0 и ров. В заключение следует отметить, что в установки конхимической промышленности имеют дело не деасатоогволтолько с парами воды, но с парами других веществ, а также со смесью паров. Приведенная выше формула (20) применима для паров любых веществ; различной будет лишь величина А, значение которой определяется физическими параметрами вещества. Если коэффициент теплоогдачи при конденсации водяного пара (при 1 ата) принять за 100%, то для сернистой кислоты он равен 80%,аммиака — 70%, углекислоты— 50%,спирта — 25% и для бензола — 20%. Приведенные здесь соотношения имеют сугубо ориентировочный характер и дают представление лишь о порядке величин, так как эти соотношения меняются с ивиенением давления и температуры. В случае смеси паров процесс конденсации протекает сложнее.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
