Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 29
Текст из файла (страница 29)
е. по течению меняются в некоторой мере и температура поверхности теплообмена, и плотность теплового потока. Поэтому прн обработке экспериментальных данных подбираются наиболее вероятные значения коэффициентов в формулах типа (11.3.4) н (11.3.5) именно для таких, несколько неопределенных, условий теплопереноса (впрочем, зто относится и к подавляющему большинству других полуэмпирических и эмпирических расчетных формул); б) ламинарно-волновое течение пленки конденсата, Ке'< 100, (Хц ) 1,13Ке' ыа; (11.3.6) в) квазиавтомодельная область теплообмена !00<Ко'<400, Хц' 0,185; (Хц ) =0,185+5,8/Ке', г) турбулентное течение, Ке')400, ( Хц') = [80+ (Хц,*) (Ке' — 400))/Ке', (11.3.8) где ( Хц,* ) — среднее значение числа Нуссельта в интервале чисел Рейнольдса от 400 до Ке' в рассматриваемом сечении пленки конденсата (табл.
11.3). На рис, 11.3 приведено сопоставление расчета ( Хц* ) с экспериментальными данными. При пленочной конденсации на горизоигальньш трубах общий характер зависимости Хц' от Ке' остается таним же, как и пря конденсации на вертинальной поверхности. Число Ке' в этом случае определяется по сумме конденсата, натекающего на данную трубу с верхних рядов, и конденсата, образовавшегося на данной трубе. Имеющиеся экспериментальные данные, Таблица 11.3.
Значения <Мце,>, рассчитанные по трехслойной модели турбулентного пограничного слоя [11.61. Свободное стенание пленки конденсата по гладкой вертииальной поверхности е-Рг 0.8 †: 1 !Ми ) при Ие' I ° Рг' 400 600 3000 2000 4ООО 1ООО 5000 8000 10000 ! 2 з 6 1 1О 0.157 О, 208 0,241 0,2 92 0,324 0.369 0.157 О.з Оз 0,245 0,2 97 0,332 О.З 88 0,157 0,21! 0,250 О,ЗО1 0,340 0,377 0,1 58 0,2!б 0,267 О,ЗН 0,354 0,3 93 О,16о 0.2 20 0.2 64 О,З 22 о,зщ 0,407 0,17! оды 0 Л46 0,388 0.443 0,496 О, 176 О.262 0.325 0.4!2 0 47! ОЛ28 ОД 85 0,237 0,289 О, 380 О,4 89 0,457 О, 189 0.289 Однз 0.484 ОЛЗЗ О.6ОО О.! 3! 0.272 0,339 0.432 0.494 ОЛбб 6,185 0,28! 0 351 Огиз 0.514 0.579 О.! 92 0,296 О,этз 0,478 ОЛ49 0.819 0,198 О,жп О,З81 О,49О 0 564 0.637 0.199 0,309 0.390 о.ыц О 578 0.854 полученные на пакетах труб диаметром 1716 и'10, удовлетворительно описываются формулами: 1 Реально, вследствие объемной конденсации на переохлажденных каплях и струях, на нижележащие трубы поступает жидкость при температуре насыщения, что приводит к формированию начального участка теплового пограничного слоя.
Роль начального участка особенно велика на цилиндрах малого диаметра, и расчет теплообмена в этом случае может быть выполнен по зависимостям, приведенным в [11.11. Пример. Определить коэффициент теплоотдачи от нонденсирующегося чистого водяного пара при Т"„=393 К к горизонтальной латунной трубке <нне> 100 Я в 7 б в 0-1 л-г ° в 10-1 г в 4 ббгвувз г в 4 ввгв газ г в 4 вбгвгвб яе Р ис. 11.3. Интенсивность теплоотдачи при конденсации водяного пара (1, 2— эксперименты, 5, б — расчет) и пара хладона-21 (3, 7): 1, 5 — Рг=з,б; 2, б Рс=1,7; 3, 7 — Рг 1.1; 4 — расчет по теорие Нуссельте 183 Йе' ц, 40, 40 ' Йе' ( 400, 400 ц, Йе'ц.
2000, где Йе' =я0 Я 01/(Рг). (Хце) = 0,96Йе' (1чце) 0 19 Ргс!73; (11.3.9) (14це) — 0,03(Рг'Йе') ! диаметром !ОХ! мм, охлаждаемой водой со средней температурой (Т/= =323 К при скорости течения У 1 м/с. Коэффициент теплоотдачи со стороны охлаждающей воды можно рассчитать по формуле (7.3.4) (необходимые физические величины: Х= =0,646 Вт/(м К); Рг=3,54; я=5,54 10-" м'/с): 0,646 1 1810 з Дэа «золы =-0 023 ' .3 54з,з ) 6549 Вт/(мз К). 8.10 з ~ 5,54 1О т ) Если для предварительной оценки принять для коэффициента теплопередачи значение й«=0 баз хю то дяз3275(393 †3) =.22,1 10' Вт/мз, Для конденсата при Т=393 К имеем: Х'=0,68 Вт/(м К); )г'=2,31Х Х10-' Па с; т'=2,458.10-' и'/с; г=2,2 1О' Дж/кг; Рг' 1,47.
Оценим в первом приближении число Рейнольдса пленки конденсата на поверхности трубы «04 3,14 10 я 22 1.104 це' — ' ' 13,65 гр' 2,2 1Оз 2,31 10 Масштаб гравитационно-вязкого взаимодействия (Лрея 1) бзя=(2,458.10-т) Юз/9 81ггз 1 83.10-з м Подставляя эти величины в первую из формул (11.3.9), получаем «я ял — — 0,95 ° 13,65 11~ = 1,48 а!Ох Вт/(мя К). 1,83 10 Теплопроводность трубки ),р= 100 Вт/(м К). Проверим коэффициент теплопередачи ( 1 1 10 эт — 1 — + — + — ) = 4342 Вт/(мэ К). 1%49 14800 100 ) Приняв для второго приближения среднее значение ,=3808 Вт/(ьгч К), получим: 4=2666 104 Вт/м'! )(е' 16,47; ак«,«=1,39 10' Вт/(м'К); йг= =4260 Вт/(м'К).
В третьем приближении получаем значение э=4206 Вт/(и'К), которое можно принять с погрешностью около 1,3« . Рассчитаем для сравнения при тех же условиях коэффициент теплопередачи к пяти горизонтальным трубкам, расположенным одна под другой в вертикальной плоскости.
Определим номер трубки (начиная с верхней), которой будет соответствовать граничное число Ке'=40. Для этого значения получаем: «хсядт — — 0,95 40 г1З = 1,ОЗ 10« Вт/(мя К); 33. РЗ вЂ” з ~=3850 Вт/(м'К); цг=26,95 104 Вт/м'! Ке'р.'г 40 2,31 10-а 2,2 10т л — 2,4 3. я04 3,14 0,01 26,95 !Оз 184 Для нижней трубки ° я!)лз! 3,14 0,01 5 26,95 104 !геа — .= 83, р'г 2,31 1О 4 2,2 104 т.
е. теплопередача на нижних трубках должна рассчитываться по второму уравнению (11.3.9): =0,19рг' Х'/6 ' ' ' =0,803 10 Вт/(мз К). Средний коэффициент теплоотдачи для всего ряда (а) =(3 1,03.104+2 0,803 10')/5=0,94 104 Вт/(м'К), (' 1 1 10 3)-1 соответственно ( ) = ( — + — + — ) =3715 Вт/(м'К), т. е. эф- ( 6549 9400 100 ) фективиость !еплоотдачи примерно иа 15 о меньше, чем при расположении труб в горизонтальной плоскости. Как видно, при конденсации водяного пара на трубах небольшого диа- метра коэффициент теплопередачи решающим образом определяется интен- сивностью теплоотдачи со стороны охлаждающей среды (конечно, если кон- денсатор достаточно газоплотеи и в пар не попадает в недопустимом коли- честве воздух нли другие газы, мешающие процессу конденсации).
Влияние скорости течения пара на теплообмен при ламинарной пленке конденсата, движущейся по вертикальной поверхности, было рассчитано Нуссельтом. Для условий Уа=сопз1, бТ=сопа1, с"г=сопз1 в зависимости от комплекса Е=са1раУао( ао.)/(286рй') рассчитаны относительные коэффици- енты теплоотдачи при невозмущенном ламинарном течении конденсата (здесь ао при У тО)! Лла Хаажавая пара сверху аваэ 2........... О О.Н4 9.577 1.29О з,эоэ З.Щ З,М Н.оэ 27.50 Ззни аоа (а) 1(ао) ° ° ° ° ° 1 1,06 1,19 1.39 1.59 1,79 2.30 2,75 3.19 3,59 Лля движении вара савау ооорх Х.......а 0,ОН7 0.Озш ОЛЗ5 О.ЮО 1,475 Н763 2.З0 З,а З.П 14,4322,56 Ззмт а..., ..
1 0,995 0,992 0.914 0,731 0.910 1,144 1.35 1,65' 2.24 2.70 3,19 3,59 В таком течении влияние гравитации становится практически пренебрежнмым при Я>4: 2 ) 4, с! -~ 2/гр) бТ =сопз1, а„Х'(У" /Зхч')02; (11.3.10) д = сопз1, а„-о )о' (У" /2кч')112. При поверочном обтекании паром горнзонтвльно расположенной трубы (цилиндра), по расчетам Фуджи (Рц!11), Уехара (()еЬага), Курага (Кпга(а) н ряду экспериментальных данных, теплообмен при ЬТ=(бет описывается формулой, аппроксимирующей численное решение — = (! + 3,62)14 "о — „„ч, 113 где )(=0,9 !+Рг'К1 —,, ) Р'Р' Ра рассчитывается по узкому проходному Рг'К ) (11.3.!1) У ' Рг = =; скорость течения па- 067У ' сечению.
185 /уо 6 И' г 2 У В/О» 2 + гбГ Рис. 11,4. Влияние относительного диаметра горизонтальной трубы на интенсивность теплоотдачи при конденсации паров: хладох-2! при Т=эбз. Зба К, О. мм: Π— 45; лх — 15: !йр — 71,йс — б; [] — 3 б: + — 2,5: ! й — 1,5; ххадом-12 прм Т=313»355 К, о, мм; 'у-бб! 0-15! Х-!о! + — б! 1-3 Определяющим является комплекс )!4ГТ/(Рг'К). При улйг/(Рг'К) «0,06 пар можно считать неподвижным (Рг-»0) и формула (11.3.11) переходит в формулу Нуссельта. В случае если трение определяется только поперечным потоком вещества, и / Рг )»)и =и0/Х = С(/йе' и об ( Рг'К /' если влияние поперечного потока можно не учитывать, с!/2=-0,332/(/йеы н Грк ~ !113 !чп- сопз1(Рг К ~/ р — ) (ттйе'.
Здесь йе'=Я"бт/»™)(»ы/»')=У"О/»'. Р~!х Зависимость интенсивности теплоотдачи при конденсации медленно движущегося пара на горизонтальной трубе от ее относительного диаметра Л= =О/бе показана на рис. 11.4. Лри конденсации пара внутри трубы и турбулентном течении жидкой фазы йе'р= О/(!х'Р) >йе„, где 6' — массовый расход конденсата через данное поперечное сечение трубы, кг/с, средний коэффициент теплоотдачя определяется по формуле Е. П. Ананьева, Г. Н. Кружилина и Л. Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
