Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Кутателадзе получил следующие соотношения: при ЬФ = сопвв З.й — = 1,08 ( и) Не /в; (ЧШ,65) 11дп (1-Р,)1'/з где р„= рп/рм — относительная плотность; ав — здачепме козффа т~ Р ~=0!Ъ=~~/Р С!Р— Р трения в пленке па границе с паром; Не = дй/т~им — чксло Рейиольдса пленки в конце поверхности охлаждвпмя. Решения уравпепия (ЧП1.58) для постояппой скорости течения пара, полученные Нуссельтом, даны в табл. Ч1П.2, где ав— среднее значение коэффициента теплоотдачи прм еп = О.
Таблеце й/О.я. Значение а/Пы ири ламинарном течении илеипи Лвпиепве пара свезу Лввиеппе пара сверху вппз . /й/а. ° — =136 Ке сзо (9~ (1 ~,)) '/з С, ызу.ны Суп/д рыны зур1 зурн 1,06 1,19 1,38 1,59 0,144 0,5ТТ 1,290 2,308 1,78 2,30 2,75 3,19 3,59 3,61 8,11 14,43 22,50 32,47 дрзг.1 сзо = -~ —, 2)( 3(пу/з ' тогда, следовательно, Таким образом, для определения коэффициента теплоотдачи с учетом влияния сил трения между паром и пленкой конденсата необходимо знать коэффипиент трения С/.
Согласно автомодельному решению уравнений ламинарного пограничного слоя, на проницаемой пластине с равномерным отсосом газа С//2 = Зст/йпп/и ('Ч111.67) И.Г. Шекриладзе предложил воспользоваться этой формулой для случая конденсапии пара на поверхности пленки. В условиях внешнего обтекания этот закон трения правомерен для достаточно интенсивных продессов конденсапии;удовлетворяющих усло- Хп = 1,411/ип/и ~~„, (ЧП1. 70) вию (Ч1П.68) 496 0 0,0147 0,0590 0,1327 О,ВЗВЗ 0,3690 0,830 1,475 1,ТВЗ 2,30 3,61 8,11 14,43 22,50 32,47 0,995 0,982 0,950 0,914 О,ВТ5 0,731 0,910 1,35 1,65 2,24 2,70 2,18 3,59 равномерный отсос пара по длине пластины в процессе копДвнсацип соответствУет слУчаю (Тсг = сопвз. Тогда уст = 9 /г; с /1=~/(,ы,~( а:=~,/; Т.~~. ~ы.
~„, — = 1,36 и, — Ке /3, (Ч1!1.69) сзо 1пи(1 — р ) /3 1( ип Ила где Илп = /зпп/и/з/Тзп. Из формулы (ЧП1.69) следует, что при прочих равных условиях коэффициент теплоотдачи от пленки конденсата, обтекаемой потоком пара в направлении течения пленки пропорциона- 1 Ф и/ ~. Подставляя в уравнение (Ч111.69) выражение для ао, полученное при решении задачи конденсации неподвижного пара при 9 = сопвз, имеем гдв Хп = ай/А. Интересно отметить, что коэффициент теплоотдачи от пленки к поверхности не зависит (в явном виде) от тепловон нагрузки. Свшано это с тем обстоятельством, что изменение тепловой нагрузки в приближении достаточно интенсивной конденсапии в одинаковой мере отражается на расходе конденсата и па касательном напряжении, в связи с чем толщина пленки остается постоянной. Следует напомнить также, что асимптотическое решение для отсоса (С//2 = тстрпп/и) справедливо как для ламинарного, так и для турбулентного течения пара в пограничном слое.
При конденсации движущегося пара на поперечнообтекаемом цилиндре скорость на внешней границе парового пограничного слоя может быть определена из закона потенциального обтекания цилиндра идеальной жидкостью. Касательное напряжение на внешней поверхности пленкк конденсата при выполнении условия (ЧП1.68) определяется формулой т = 2устюи в1п<р, (ЧП1.71) где у — угол, отсчитанный от лобовой точки цилиндра.
Решения этой задачи для локальной и средней теплоотдачи в условиях невесомости имеют вид — аа Яи = — = 0,9~/ия/и /Ьи. Л Средняя теплоотдача при конденсации нисходящего парового потока на горизонтальном цилиндре описывается формулой Ни = 0,64~/ия/и ~/Би 1+ 1+ — ', (ЧШ.72) 1,69 Ф Рг где Ф = сгм (1и — гст)/гРгм. а, ят/(ни я) и чг О и гя е, !с Рпс. Ч111.В. Сопоставление опытных данных с деппымн расчета по формуле (ЧШ.тзв) На рис.
Ч111.8 приводится сопоставление опытных данных с данными расчета по формуле (ЧП1.72). В заключение следует отметить, что при оценке влияния сил трения на коэффициент теплоотдачи межфазную поверхность принимали гладкой, В действительности зто не так. Поэтому расчет сил трения при конденсации пара на негладкой межфазной поверхности представляет собой принпипнальную проблему. ат Ы вЂ” =2 Л (ЧП1.73) ЛИ.1.6. Теплоогвдача при конденсации пара внугври гврубы При кокденсацни пара в трубах объем движущегося пара ограничен стенками трубы. Пар поступает в трубу н, продвигаясь вдоль нее, конденсируется.
По мере конденсации пара часть поперечного сечения трубы заполняется жидкой фазой. Скорости движения жидкой фазы н пара различны. Различна и скорость движения пара от места входа к выходу. Например, прн скорости водяного пара 5... 10 м/с в случае противотока в трубах может наступить "захлестывание" (подвисание жидкости), сопротивлекие труб при этом сильно возрастает. Если скорость достигает 15... 40 м/с, то жидкость отрывается от поверхности и уносится в виде брызг. При спутном движении устойчивый нисходящий поток может существовать, если скорость газа (пара) не превышает 15... 30 м/с, при более высоких скоростях происходит брызгоунос. Полная конденсация пара приводит к тому, что скорость его иа выходе из трубы равняется нулю. При достаточно интенсивной конденсации в длинной трубе ее концевая часть по ходу конденсата может целиком заполняться жидкой фазой.
Течение конденсата по стенкам труб может быть и ламинарным, и турбулентным. Режим теченкя зависит от многих факторов н по длине трубы может меняться несколько раз, например на входе в трубу из-за большой скорости пара течение турбулентное. В процессе конденсации скорость пара уменьшается и турбулентное течение переходит в ламинарное, а в дальнейшем течение вновь переходит в турбулентное. Перечисленные факторы в полном их сочетании делают задачу теплообмена при движении конденсирующегося пара в трубе еще более сложной.
Прн ранее принятых допущениях локальный коэффициент теплоотдачи определяется по формуле где д — внутренний диаметр трубы; с = Л/Ло' Л вЂ” текущий радиус; Ле — внутренний радиус трубы; у — доля сечения, занятел паром. Принимая Рт = 0,4Ро* у и разбивая поток па турбулентное ядро и ламинарный подслой, получаем Ки 0,4рг Ве» /(?и т~ Ве, + 4,65Рг~), (ЧП1 74) где ??е» = еоЮнР Иэ гидравлики известно, что для гезожидкостных смесей с массовым содержанием газа Хг 1ь Ъ.=Ь + 1+ Р" Х,; Р=?- 1+=Р'Х, (ЧП?.75) Хи = 0,023Рг~'~ Неве (ЧП?.76) где Ве = 4С/я1»д; с» — массовый расход смеси. Эта формула предложена и подтверждена экспериментально Е.П. Ананьевым, Г.Н. Кружилиным и Л.Л. Бойко.
УШ.1.7. ТеплооБмен при конденсации пара е условиях ослабленной граеитпации Теплообмен в условиях ослабленной гравитации или в условиях полной невесомости стал особенно актуальным при освоении космического пространства. Создание околоземных или окололунных кораблей привело к необходимости разработки теплообменных аппаратов, реализующих переход теплоносителя из жидкой в газообразную фазу и наоборот. Как известно, такие Из формулы (Ч?11.74) видно, что в первом приближении с учетом значения у зависимость числа ?чи от числа Ве такая же, как н при теплоотдаче однородного потока.
Преобразуя зависимость (ЧП1,74), получаем формулу, подобную (Ч1.426): аппараты являются накболее экономнчнымн в сравнении с теплообменными аппаратами, работающими с однофазной средой. Область применения таких аппаратов достаточно шнрока— зто и энергетические установки, и установки жизнеообеспечения, и системы регулирования.
К настоящему времени уже накоплен некоторый практический, экспериментальный и теоретический опыт в создании нспарителей и конденсаторов, работающих как в условиях частичной, так и полной невесомости. Пленочная нонденсация на еертпинальной поеерхносп»и. В формулу (Ч1П.?7) в качестве параметра входит ускорение свободного падения, которое в условиях конденсации неподвижного пара в условиях земного тяготения является основной движущей силой.
Для ламинарного режима течения пленки конденсата толщина ее в любом выбранном сечении х обратно пропорциональна 1ь у '. Легко представить, что ослабление гравитационного поля, т.е. уменьшение у, ведет к росту толщины пленки. При полной невесомости (у = О) движение пленкк под действием силы тяжести прекращается. Увеличение толщины пленки вызывает увеличение ее термического сопротивления и уменьшение коэффнпиента теплоотдачи. Вывод формулы (ЧП1.17) сделан для случая, когда толщина пленки несоизмеримо мала по сравнению с величиной поверхности, а направление распространения теплоты учитывалось только по нормали к пленке.
Так как при конденсации в поле ослабленной гравитации толщина пленки стеловится соизмеримой с поверхностью конденсапин, зто допущение становится неприемлемым. Конденсация при еынуэсденной конвенции пара. Теплообмен при конденсации с движением конденсата и пара только эа счет ослабленной гравитации очень слабый. Пля его интенсификапин следует создавать принудительное движение и пара, и пленки конденсата. Подобные системы требуют дополнительных энергозатрат, которые нуждаются в тщательном обосновании.
600 601 Гидродиыамика процесса конденсации опрепеляется мыогими факторами. Основные яз ыих — зто условия подвода коыдеисируюшегося пара к поверхности и отвода коыдеысата от поверхности. В условиях ыевесомостя движеыие коыдеысата может быть реализоваыо следующям образом: 1) при коыдеысапии неподвижного яли медлеыыо движущегося пара ыа вращающейся поверхности действяем цеытробежыых сил; 2) путем одновременного действия иа пленку конденсата цеытробежыых сил и сил трения от быстро движущегося пара, а также изменения статического давлеыия коидеысирующегося пара; 3) пря коыдеысапии ыа ыеподвижыой поверхности действием сил треыия плеыкя о движущийся пар и измеиеыием статического давлеыия в ием.
УП1.1.В. Конденсация пара иэ пароеазоеой смеси Как показывают опыты, ыаиболее сильное влияиие ыа козффипиеит теплоотдачя при плеыочыой коядеисации оказывают а' /а ен примеси ыекоидеысируюшихся газов в паре. На рис. Ч111.9 приводятся даыыые, из которых следует, что с увеличеЯеен*д кием концентрации воздуха в ФИ водяном паре всего до 2% по ,УИВ массе козффипиеит теплоот- У,Ф дачи падает почтк в 3 раза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
