Глава X. Теплообмен при кипении и конденсации (1013639), страница 10
Текст из файла (страница 10)
ПОЭтОМу - баа катте !врв В О' воверв. вОсть обращена авера: врв пленочная конденсация на практике,ао. „„вм встречается значительно чаще. Однако применение сцециальиых покрытий (для воды, например, золото и другие благородные металлы, а также ряд органических веществ), ие смачиваемых жидкостью, позволяет использовать в технике капельиую конденсацию. Этим достигается значительное уменьшение габаритных размеров и массы конденсаторов. При капельиой конденсации, так же как и при пленочной, основной задачей является отвод конденсата с поверхности.
С этой целью используют силовые поля 1гравитационное, центробежное, электрическое, магнитное) или вынужденное движение пара. Наиболее часто используют гравитационное поле и вынужденное движение пара. Капли конденсата, достигнув критического размера, скользят или катятся по наклонной поверхности под действием сил тяжести, а на их месте возникают новые и т, д. Критический размер капли зависит от значения величин угла смачивання, угла наклона поверхности н поверхностного натяжения.
На рис, 10.15 дана зависимость коэффициента теплоотдачи от угла наклона поверхности к горизонту при капельной конденсации водяного пара на медной поверхности, покрытой тонкой пленкой золота. При вертикальной ориентации поверхности капли находятся на поверхности минимальяое время, частота их отрыва максимальна, а критический размер минимален. В этом положении образуется максимальное число зародышей. Все эти величины довольно слабо зависят от угла наклона в диапазоне от 30' до 100*, а затем зависимость от угла усиливается.
Наихудшие условия для отвода конденсага н минимальная теплоотдача создаются иа горизонтальной поверхносги, обращенной вверх. На ней через некоторое время после начала капельной конденсации капли 2тт сливаются в сплошную пленку и капельная конденсация переходит в пленочную.
Процесс капельной конденсапии (механизм роста капли, от. вода тепла от ее поверхности, закономерности ее движения и др,) в настоящее время изучен еще недостаточно для построения количественных зависимостей. 10.14. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ НЕПОДВИЖНОГО ПАРА В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ Расчет теплоотдачи при пленочной конденсации в основном сводится к определению толщины пленки конденсата и ее теплового сопротивления. Однако, если в паре имеется примесь некопденсирующегося газа, то у поверхности конденсации образуется диффузионный пограничный слой.
Концентрация примеси газа в этом случае увеличивается по направлению к поверхности пленки кондеысата. Газ переносится к пленке конвекцией пара, а удаляется в поток диффузией. 3то снижает парциальное давление пара у поверхности раздела фаз, затрудняет приток массы конденсирующегося пара к поверхности и, тем самым, служит тепловым сопротивлением, которое необходимо учитывать. Примеси инертного газа существенно снижают теплоотдачу при копдеысации. Исследования показали, что влияние примеси неконденснрующегося газа тем сильнее снижает теплоотдачу, чем больше концентрация примеси в потоке; чем больше интенсивность конденсации, т.
е. чем больше Т, — Т„, и меньше давление конденсирующегося пара. Так же было проведено исследование влияния перегрева пара на теплоотдачу при коыдеысации. Подтвержден физически ясный вывод о том, что влияние перегрева пара тем больше, чем меньше скорость конденсации пара и чем больше тепловой поток от пара конвекцией и теплопроводностью. В этом случае доля теплового потока, передаваемая через пленку конденсата к поверхности теплопроводностью и конвекцией от перегретого пара, естественно, возрастает. Поэтому влияыие перегрева пара на теплоотдачу при конденсации тем сильнее, чем меньше ҄— Т, чем больше концентрация неконденсирующегося газа в паре и больше давление пара Если предположить течение пленки конденсата ламинарным, а распределение температуры в ней линейным, пренебречь тепловым сопротивлением фазового перехода и недогревом пленки конденсата, ие учитывать ускорения пленки и трения ее о пар, то можно теоретически получить уравнение для средыего коэффициента теплоотдачи при конденсации чистого насыщенного пари на поверхности длиной (.
в виде а .—. 0,943 ' ' (10.46) и (т,— т )Е 278 где 8 — Угол наклона повеРхности к гоРизонтУ; г'„— эффектин- иая теплота парообразования, учитывающая недогрев пленки и отклонение профиля температур в ней от линейного. При сж (Тз — Тв>!гв < 2 г„= г„+ 0,68с (Т, — Т ). Учет трения поверхности раздела фаз уменьшает теплоотдачу тем сильнее, чем больше с = (Т, — Т )7г„если трение о пар тормозит движение пленки. Колебания поверхности раздела, наоборот, увеличивают среднюю теплоотдачу. Уравнение (10.45) справедливо и при конденсации пара на горизонтальном цилиндре с диаметром й„, если положить ып р = 1 и заменить в нем 7.
= 2,78г(„. Для конденсации пара на пучке горизонтальных труб, расположенных друг над другом в и рядов, а = 0,728 ~1+ 0,2 '"( ' "1(п — 1)) х гп х сЛпм (Рм Рп) Аж~в л,~(т,— т ) (1О. 46) Эта формула рекомендуется при (и — 1) с (Т, — Т, )7г„< 2' Конденсация внугри коротких горизонтальных труб диаметром г(„при Ке «(35 000 также может рассчитываться по формуле (10.46), полагая з1п (3 = 1 и Е = 8,4~1„. Конденсация жидких металлов имеет свою специфику. Расчет теплоотдачи пленочной конденсации жидких металлов по формулам (10.47) и (10.46) дает величины, значительно превосходящие данные экспериментов (до 30 раз).
Причинами этого расхождения могут быть следующие. 1. Тепловое сопротивление на поверхности конденсации из-за окисных пленок, адсорбированных газов и других загрязнений поверхности. 2. Наличие в паре примесей неконденсирующихся газов. Непрерывная очистка пара и тщательная герметизация всего контура позволяют устранить примеси иеконденсирующихся газов.
3. Тепловое сопротивление фазового перехода Т, — Т„„, где Тм, — температура поверхности жидкой пленки, которая в большинстве случаев близка к Т„но Т, — Т, ) О. Типичное распределение температуры при конденсации насыщенного пара жидкого металла представлено на рис. 10.16. Как видим, около поверхности конденсата существует тонкий слой 279 рис. 10.!6. типичное распределение темпе. ратурм при пленочной конденсации насмнсенного пара жидкого металла: I — иасмпьаинма пар; 2 — пасииа «оинаисат»с Э вЂ” поасриность иондеисата переохлажденного пара, состоящий из «медленных» отраженных н испарнвшихся молекул, а также молекул, с которыми они успели столкнуться.
Ряд проведенных исследований показал, что толрдннн мого слон б' — — !О1, где 1 — средняя длина свободного пробега молекул, С помощью молекулярно-кинетической теории газов было показано, что Т,— Т (10.47) Тф — Тиса Оп (ср)п (и + б'! Здесь ., 2ча / М оп =- 2 — т(а (рф — Р ) ~' 2лФ~ Тф М вЂ” молекуля рная масса пара; 1(р — универсальная газовая постоянная; рф и р, — давления насыщения, соответствующие Т, и Т,; В =- и 1 —. Рп; (10.48) (тгп (срlси)п + 1 266,93 ((2МТфп рп — коэффициент динамической вязкости пара; л .= р, (ЙТф)— количество молекул пара в 1 м', и = 1,38 10 " Дж! К вЂ” постоянная Больцмана. Тепловой поток нри конденсации рекомендуется определять ПО УРНВНЕНИЮ (1 =- бст,, ГДЕ С УЧЕТОМ ПЕРЕОХЛажДЕНИЯ ПаРа И недогревн жидкости в пленке 3 гп =(сп)п(7'и — 7ма)+гп+ 8 см(7 ма — Тп) Падение температуры в пленке Т, — Тм может быть определено по формуле Т,— Т = — с( lа, (10.49 в которой а находится по уравнению (10.45).
Расчет по уравнениям (!0.47) ... (10.49) удовлетворительно обобщает известные экспериментальные данные по конденсации натрии, калия и ртути в диапазоне р = 0,01 ... 100 кПа при постоянном коэффиниенте конденсации т(а = ) и б* = 10. 280 Неучет переохлаждения пара у поверхности раздела приводит к кажушемуся значительному уменьшению т?а с ростом Р при р, = 1 кПа.
ВОПРОСЫ ЮЛЯ САМОПРОВЕРКИ и Какие факторы определяют рост паровых пузырей прн кипении? й, Как объяснять физически характер кривой кипения при естественной яоиаекпии? 3. Что такое нризнсы пузырькового и пленочного кипения? 4, Как влияет вынужденное течение в канале на кризис пузырькового кипения? 5, Каков физический механизм переходного кипения? 6, Какие сутпествуют режимы пленочного кипения в яаналах, как в них взаимодействуют пар и жидкость? .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
