Теория тепломассобмена (Леонтьев) (1062552), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Тогда выражение (ЧП1.88) с учетом (Ч1П.89) примет вид ~яо ~ ~ ~~г1 ) 1 1)1,7 Уравнение (ЧШ.90) содержит в левой части неизвестную температуру Тв (входит в параметр М), а в правой — неизвестную Св. Эти две величины, как уже было сказано выше, связаны между собой однозначно. Следовательно, уравнение (ЧП1.90) может быть решено, например, графически или на ЭВМ. После нахождения Тв тепловой поток можно вычислить по выражению (ЧП1.86).
ПИ.1.9. Конденсация на рсэъбоеидной поверхности Пропессы испарения и конденсапии на капиллярных поверхностях различной геометрии широко встречаются в различных теплообменных устройствах. Характерным примером может служить такое эффективное теплопередающее устройство, как тепловвл труба. Среди различных видов поверхностей, используемых в современных тепловых трубах, достаточно часто встречается резьбовиднзл капиллярная структура треугольного про' филя, так как она имеет наибольшую открытую поверхность фазового превращения, создает достаточный капиллярный гидравлический напор и технологична. Хотя геометрия резьбовидной 2а» ЬТйх сов ~р а= (Т вЂ” Тв)»' ' (ЧП1.91) а» = .; Дх) = 2хФйу.
Лы сов ~р х»1пд (ЧП1.93) ('ЧП1.94) ЙТ(йх=О при »=О; Т=Т, =сопв$ при х=Ь, Л УЛ >1. где о = Лств~пдзм<р ЗЗ-1ООВ В13 612 поверхности достаточно сложна, И.Г. Ш1еКриладз, используя разумные допущения, удалось получить аналитическое решение задачи теплообмена при конденсации пара на такой поверхности. Рассмотрим стационарный процесс теплообмена при конденсации пара на резьбовидной капиллярной поверхности треугольного профилм с шагом 2» и высотой Ь. Геометрию мениска определяем по углу смачивания жидкостью данной поверхности и г» считаем, что канавки заполнены максимально.
Геометрия канавок и расположение мениска пока- 2 заны на рис, ЧШ.13. 4~ у~ Конденсат в канавках, как правило, движется в Ф ламинарном режиме с весьма малой скоростью и в первом приближении его можно считать праклярыой поверхвосты тически неподвижным. Коэффициент теплоотдачи определяется по формуле где Я вЂ” общий тепловой поток; à — площадь поверхности в сечении х = Ь; Т, — температура поверхности стенки треугольного ребра в сечении х = Ь; Т — температура на границе фазового перехода (принята равной температуре насыщения пара).
Теплота от границы фазового перехода передается к сечению х = Ь двумя различными путями: по металлическому ребру и слою конденсата. Так как в большинстве случаев теплопроводность жидкости низка по сравнению с теплопроводностью металла, то можно считать, что При решении задачи температуру поверхности в сечении х = Ь будем считать постоянной, а изменением температуры поперек ребра будем пренебрегать.
Составим тепловой баланс для сечений ребра х и х — Их. Разность тепловых потоков в этих сечениях определяется теплоотдачей боковой поверхности. Пля ребра шириной 1 м можно записать — Лс»У(х)— д 1 ЙТ1 2а»ЬТ (Ч1П.92) Их ~ Их~ сов <р Коэффициент теплоотдачи на боковой поверхности ребра ໠— величина цеременнвл и ее значение определяется термическим сопротивлением слоя конденсата, зависящим, в свою очередь, от коэффициента теплопроводносты жидкости и толщины этого слоя.
Максимальное значение коэффициент теплоотдачи имеет, очевидно, в области вершины ребра, где толщина слоя конденсата минимальна. В достаточном приближении толщиыу слоя можно заменить кратчайшим расстоянием от поверхности ребра в данном сечении до касательной к мениску в вершине ребра. Тогда исходя из геометрических соображений имеем После подстановки выражений (Ч1П.93) в уравыенне (Ч1П.92) и соответствующих преобразований получим следующее дифференциальное уравнение: , РЬТ аЬТ х — +х — — о ЬТ=О, йз Иг Йри граничных условиях гА (т,-т.„) „, в)п й !лв )л Л а=— Ь я!и 01я у (ЧП1.96) л„~-г— (ЧП1.97) 616 614 Решенне уравнення (ЧП1.94) с учетом граничных условий имеет внд ьт=(т,— т )(в~А)".
Тогда элементарный тепловой поток равен Интегрирование последнего соотношення в пределах х ы О |л дает гА (т,-т ) (ЧП1.95) ьйп оп После подстановки уравнення (Ч1П.95) в (ЧШ.91) для нахождення козффнцнента теплоотдачн получаем формулу Уравнение (ЧП1.96) можно прнвеств к безразмерной форме. Если в качестве характерного размера принять велвчвну л лхглв~, ° °--- среднее геометрическое значение 4Хи Хсг, модифицированное число Нуссельта будет равно еднннце: Анализ полученных соотношений показывает, что ннтенснвность теплообмена в рассмотренном случае определяется геометрнческнмн параметрами, свойствами жидкости и, что очень важно отметить, теплопроводностью материала стенки, которая на коэффициент теплоотдачн в случае неоребренной стенки влвяння не оказывала.
Эта особенность объясняется условкямн отвода теплоты от поверхности фазового превращенвя. В рассматрнваемом случае прн высокой теплопроводностн материала ребер основная часть теплового потока концентрируется около вершин й ! ч Ф д !я гс с !я ~яг/лл Рвс. Ч|П.14. Сопоставление результатов расчета по уравнению (ЧП|.97) с опытными даииыми по коилввсапвпя паров фреева-31 в медных тру!Всех (!) и воды в трубках из коррозиоиио-стойкой стали (я) Ребер, где имеет место весьма высокая интенсивность теплообмена нз-за малой толщнны плепкн конденсата.
Эта качественнал особенность подтверждается экспернментальнымк исследованиями. На рвс. ЧШ.14 показано сравненве экспериментальных данных с результатами расчета по формуле (Ч1П.97). ОИЛ.10. Капсльнал конденсация Если поверхность теплообмена не смачнвается конденсатом, то говорят о капельной конденсации пара. Визуальные наблюдения показывают, что капли конденсата возникают на поверхно- 1 стя теплообмена взрывообразно. С дальнейшим ростом капель происходит нх слнянне до такого размера, когда капля под действием снл тяжести скатывается по охлаждаемой поверхности, увлекая за собой все встречающнеся на ее пути капли.
На образовавшемся следе немедленно возникают новые капельки и пропесс Ьовторяется. Таким образом, капельнал конденсация является, строго говоря, пестацнонарным процессом, однако, оперируя с осредненнымн по времени параметрами, его можно рассматрнвать как (вазнстацконарный. 3 2,10-~Вв-~, П д Рг /з 1 (ЧП1.98) взт Вте В общем случае при кэлельной конденсации на поверхности теплообмена возможно одновременное существование н отдельных капель и тонкой пленки конденсата, толщина которой существенно меньше (порядка 1 мкм), чем при пленочной конденсапии.
При разрыве пленки конденсат стягивается в капли, а на образовавшейся поверхности снова возникает микропленка конденсата. Так как термическое сопротивление в этих условиях невелико, то козффипиенты теплоотдачи при капельной конденсапии достигают больших значений (до 10з). В настоящее время не разработана достаточно строгал теория теплообмена при капельной конденсадии, поэтому для инженерных расчетов теплообмена в этих условиях используют уравнения подобия теплообмена. Наибольшее распространение получили формулы В.П.
Исаченко. Согласно В,П. Исаченко, средний коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации неподвижного пара описывается следующими уравнениями; — прийе,=8 10 4...3,3 10 зи б 10 з~ — 1,зт П1дврг1~ (ЧП1.99) — при Вез = 3,3 10 з... 1,8.10 з, а В а2аТа иъ~ Л Лв (Ти — Тег) где Хп— Лв Лв грв(Ти — Тег)' ' ив нврв г в ~ам(Та Тст) 2Ф~ Та нв з, рг = —.
Физические парагрвнз ав 3 метры конденсата в формулах (Ч1П.98) и (ЧП1.99) выбраны при температуре насьпцения Ти. На рис. ЧП1,15 приводится сопоставление результатов расчета по этим формулам с опытными данными (точки). Из выражений (Ч1П.98) и (ЧП1.99) следует, что при малых температурных напорах коэффициент теплоотдачи возрастает с ростом йТ (а ЬТе 1е), а при больших — падает (а ° ЬТ е з~). Изменение закономерности происходит при На, в 3,3 10 з. В Рве. У111.1в.
Теплоотдаче врв канальной ковлевсаввв вара области Ие, < 3, 3 10 З скорость конденсапин определяется пере'насыщением пара. Чем больше ЬТ, тем интенсивнее конденсапия. При Ке, ) 3,3 10 з решающее влияние на интенсивность конденсадии начинает оказывать термическое сопротивление конденсата. КШ.1.11. Методы интенсиЯикации теплообмена нри конденсации Термическое сопротивление при конденсапни чистых паров на твердой поверхности определяется термическим сопротивлением пленки конденсата, а при наличии в паре неконденснрую- шихся газов еше н сопротивлением температурного и диффузионного пограничных слоев. Уменьшение этих термических сопротивлений и вызывает увеличение коэффициента теплоотдачн, интенсифицирует теплообмен.
Наиболее рациональными методами интенсификации теплообмена при конденсации являются: 1) создание капельной конденсации; 2) использование оребренных поверхностей; 3) создание вибрации поверхности конденсации; 4) применение наклона поверхности конденсации; 5) разработка эффективных схем удаления неконденсируюшихся газов; 6) поддержание достаточно высоких скоростей движения парогазовой смеси. Наиболее эффективный метод интенсификации теплообмена при конденсации — это организация режима капельной конденсации.
Теплоотдача при этом возрастает в 5... 10 рвз. На практике этого режима можно добиться либо периодической подачей жидкого стимулятора с паром, либо нанесением лиофобного покрытия на поверхность конденсации. В качестве жидких стимуляторов могут применяться различные органические жидкости, машинное масло, керосин и др, Однако следует учесть, что срок действия этих стимуляторов, как правило, не превышает нескольких сот часов.
В качестве лиофобных покрытий служат органические соединения, молекулы которых имеют несимметричное строение. Гидрофобная пленка на латунных и стальных трубах может быть получена путем использования материалов на основе фторпроизводных этилена (фторопласты), кремнийорганнческих и фенолформвльдегидных смол. В качестве покрытия используется также тефлон н другие материалы. Применение накатанных или оребренных труб увеличивает поверхность теплообмена, а также интенсифицирует теплоотда.- чу как со стороны поверхности конденсации, так н со стороны охлаждающей жидкости. Реальное применение в конденсацнонных аппаратах находят трубы с различной формой накатки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
