Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Более характерной для пленочных течений является запись числа Нуссельта в форме Нцв=аб /).'=Хн /б. (11.1.7) В области ламинарно-еолиоаого течения при числах Рейнольдса Кев< <йе'<100 среднюю толщину пленки можно определять по формуле Нуссельта (1!.1.6) с поправочным множителем, равным 0,9, а коэффициент теплоотдачи — по эмпирической зависимости Струве (1969 г.) (Нцв) ! !пе'-в,вв (11.1.8) По экспериментальным данным Вильке (!962 г.), Е. Г. Воронцова (1971 г.) ламинарно-турбулгнгньвй переход при свободном пленочном течении происходит в области чисел 100<не'<400, и в этом случае: б=О Зйе' в в Хцв ж1,4 1О-'Рг' в вре' ' ".
(11.! .9) В области развитого турбулентного течения пленки (по данным МакАдамса, Б. Г. Покусаева, Г. И. Гимбутиса этот режим начинается в области чисел Ке')400 . 500): б=0,31йе''м" Хил=0,095Рг'ввйе' ыв (1!.1.10) Реальное течение жидких пленок существенно многообразнее и сложнее, чем выделенные выше основные четыре типа. Экспериментальные данные в ряде случаев расходятся не только вследствие методических трудностей, но и из-за влияния трудно контролируемых условий реализации пленочных течений и многообразия волновых возмущений. Подробнее о последних см. 12 †66 177 По экспериментальным данным Брауэра (1956 г.) ламинарное течение с невозмущенной поверхностью существует при Ке'< Кев' = 2,3Аг.в '. (11.1.5) Т а б л и ц а 11.2. Оценка толщины пленки Таблица !1,1.
Основные параметры жидких пленок воды при 323 К и натрия при 573 К Ь. ян Н,О 0,0356 0,0454 р', кг/м' р' 1О', Па с 3',, мм Лг ° 1О ь Дев 880,5 3,396 0,177 0,0247 4,52 61,28 52,38 987,8 5,477 0,0679 0,0315 2,64 5,88 32,78 0,0979 0,0767 10 О,!17 0,150 !00 0.645 0,823 2000 1,097 5000 1,404 Рис. 11.1.
Зависимость критического теплового потока от расхода жидкости на вертикальной поверхности (Е 2,2 м; Тат=298 К) Улр,вт/мт Ьэ) 153~я„[(1 — сов 8) 3~~,+ Ай соей) бр, (11.!.11) де / где18 — краевой угол смачивания; А=ой — ! (аЛ') — фактор, учитывающий и' дг / влияние теплового потока на устойчивость поверхности раздела фаз. На рнс. 11.1 приведены экспериментальные данные И. И. Гогонина, й. Р. Дорохова по минимальной плотности орошения водой. 178 г [11.71, а более детальное описание экспериментальных источников и гйэ практические рекомендации по плей ночным термогидродинамическим процессам даны в [11.81.
4 Пример. Оценить порядок тол- Б щин жидких пленок при ламинарном г н турбулентном режимах течения. В качестве пробных сред возьмем вагиз ду при Т=323 К и натрий при Т= 2 Б Ф ББТВБгй л я ю 4 ББтйщэ =573 к. Внешняя среда — газ (р"» Кр'). Необходимые для расчетов физические свойства и основные гидродинамические масштабы приведены в табл.
11.1, а результаты расчета толщины пленки — в табл. 11.2. Сплошнасть течения пленки сохраняется, если расход жидкости больше минимальной плотности орошения. Стабилизация ламинарного течения имеет место при выполнении условия Зубера — Штауба 11.2. ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ Испарительным охлаждением называется процесс понижения температуры жидкости, находящейся в непосредственном контакте с газовой или парогазовой средой. В этом случае можно выделить три механизма теплоотвода с поверхности жидкости: теплопроводность или, в общем случае, конвенция окружающей среды; излучение с поверхности жидкости в окружающую среду; испарение части жидкости с поверхности контакта в окружающую парогазовую среду. Общая плотность теплового потока со свободной поверхности жидкости определяется формулой (1!.2.2) !од !о г(Ргр Ро )/(арра ). (11.2.3) Для воды, испаряющейся в атмосферный воздух при Т, 300 К, объемная теплоемкость парогазовой смеси близка к теплоемкости сухого воздуха, сор" 1,168 10' Дж/(м'К); теплота испарении воды при этих условиях гяе 2,43 1О' Дж/кг; условие адиабатного испарения принимает вид = То — 2 08 !О'(Р Ро ).
(11.2.4) Пример. Определить адиабатную температуру охлаждения воды, испаряющейся в атмосферный воздух с относительной влажностью около 0,5 а То=298 К. Этим условиям соответствуют плотность водяного пара ро"= =05 0,023=0,01!5 хг/м' и температура насыщения (точка росы) Т." =286,1 К. Выражение (11.2.4) для определения Т'„примет вид Т = Т =298 — 2,08 !О'(Р— 0,01!5) = 321,9 — 2080Р 12* 179 у= о (Т'р — То)+ гор Ро') + ооо(торо То), (!1,2.1) где а,— конвективный коэффициент теплоотдачи, который обычно можно оценивать с достаточной точностью по формулам для конвекции около твердых поверхностей; Т ' — температура поверхностного слон жидкости; То— температура парогазовой смеси, в которую происходит испарение (или из которой происходит конденсация); г — теплота испарении (конденсации); б,=а,/(с»ро") — коэффициент массоотдачи; Р" — платность пара, соотгр ветствующая температуре насыщения, равной температуре поверхности жидкости (Т" — Т' ); Р" — плотность пара в окружающей среде; в — степень а гр' О черноты поверхности жидкости (обычно в=1); и,— постоянная Стефана— Больцмана.
Термодинамические свойства влажного атмосферного воздуха графически описываются диаграммой Л. К. Рамзина (1927 г.), приведенной на рис. 11.2. Пределоиал температура охлаждения жидкости при свободном испаре нии за счет теплоты, подводимой из окружающего газа, достигается в адяабатном процессе, когда о оо оо («к — ор)(7 о — у,д) = рог(р — Рв ) ° Обычно при таком процессе а,Ъао н тогда и о св о в 'в с и сз «а в,п и 2 ю с> Ъ в и \в еп кг,п О о сп в Пв го Рис.
11.2. Диаграмма термодинамичссиих свойств влажного воздуха о о ааг оог оог ооп ооо цоо оот ооа ооо ог Он огз огг огФ ого ого Огг дпаепеадермание «,кг нгг Пкг еукаеп Раздула т. е. температура воды должна соответствовать плотностя пара р„~) 0,0115, или Т л>285 К. Воспользовавшись таблицами свойств водяного пара, можем Ф> а принять, что в интервале температур 28б ( Т„ ( 293 К плотность 0,01282 + 8>94 10 4(293 — Г„ ). Отсюда следует: Т, 298 — 2080[0,01282 + 8,94 1О >(293 — Т ) — 0.0115[, Т, = 290,39 К. Таким образом, в этих условиях вода охладится до +17,4 'С в воздухе, имеющем температуру +25'С и точку росы Т,=13,1'С.
11.3. ПЛЕНОЧНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ ЧИСТОГО СУХОГО НАСЫН(ЕННОГО ПАРА На поверхности охлаждения, хорошо саачиэаеиой жидкой фазой данного вещества, его пар конденсируется, образуя непрерывный слой (пленку) конденсата. Число Прандтля конденсата неметаллических паров Рг'~>1. На поверхности пленки устанавливается температура, практически равная температуре насыщения при данном давлении. Если паровое пространство заполнено сухим насыщенным паром без существенных примесей газов, не конденсирующихся в данном интервале температур, то основные балансные соотношения процесса пленочной конденсации имеют вид: (11.3.1) г >Ф К= —; АТ=Т" — Т«т; 0>'= ) / йх, о где /, — массовая скорость конденсации на границе раздела фаз, кг/(м'с); >р=(Т« — ( Т ) )/(Т" — Т„) — коэффициент осреднения температуры в пленке конденсата; Т„ — температура поверхности охлаждения (стенки); Т"— температура насыщения пара; 6,' — расход конденсата на единице ширины поверхности охлаждения, кг/(и с); х — координата, направленная по течению конденсата.
Коэффициент трения на границе раздела фаз зависит от поперечного потока вещества так, что в данном случае (отсос вещества из пограничного слоя пара, см. гл. 8) (11.3.2) с/, ( с/ ( 2/„р, , > где с/,— коэффициент трения при /, О! /„р=/„ /[р"((/" — и„рИ' [/"— скорость течения пара; индекс «гр» означает границу раздела фаз (свободную поверхность пленки конденсата); индексы ' и " относятся к жидкой и паровой фазам. 181 Число Рейнольдса пленки конденсата определяется соотношениями Ке'= б,'/р'=Хи/[Рг'(К+ф)].
(11.3.3) Конденсация медленно движущегося пара на гладкой вертикальной поверхности охлаждения: а) ламинарное течение пленки конденсата с гладкой (невозмушенной) свободной поверхностью (Нуссельт, 1916 г.): АТ=сопз(, (/и=О, Хпь=у'0,25рг'Аг(К+у); (Хц) = — Хцс, '(!1.3.4) л г 4 3 ц=сопз(, (/ яэ О, ( Хц*) = — Хц,' 3 2 Хц = (3Ке') !/з! (11.3.5) (11.3.7) 182 где Хи=ох/А' — локальное число Нуссельта в сечении пленки, отстоящем на расстоянии х от верхней кромки поверхности охлаждения (х=О, 6=0; х=/., Хна=о/,/А'); Аг — число Архимеда, построенное по длине участка конденсации /и Хи'= ХиАг-'" — локальное число Нуссельта, построенное по масштабу гравитационно-вязкого взаимодействия; ( Хц') — число Нуссельта, осредненное в интервале чисел Рейнольдса пленки 0 ~ ((е' < Ке„ В реальных процессах конденсации краевые условия по Т и а, как обычно, смешанны, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
