Исаченко В.П. - Теплопередача (1074332), страница 58
Текст из файла (страница 58)
166). Из уравнений (12-11) — (12-!оа следует, что =с'! ги а=г''1'!/х и а=с"' Я)й. 272 Характер зависимостей изображен на Гис. 12-0. Коэффициенты теплоотдвчи уменьшаются с увеличением х нлн )ь а толщина пленки, наоборш', увввичивается. Увеличением толщины пленки объясняется уменьшение иоэффициентов теплоотдачи, так как терыическое сопротивление при этом увеличивается. Как следует из уравнений (!2-11) — (12-13), зависимость п о и б от температурного напора Л! аналогична зависимости втих величин от х и й.
Однако уменьшение а при увеличении Л! не означает, что при этом уменьшается н 4». Согласгю аакону Ньютона — Рихмана д,=пй! н в то же время и гб! еы. Таким образом, в рассматриваемом случае д,=сЛРЩ Вследствие принятых допущений решение Нуссельтз следует рассыатривать как приближенное. Решения задачи с учетом сил инерции и конзектинного переноса тепла в пленке, выполненные П Н. Кружилиныы н Д. й.Лабуицовым [Л. 34, 93), показывают, что при К=— .г/с»,М>6 и 1 <рг < 100 имеется достаточно хорошее совпадение более точных решений с решением Нуссельта. Различие в коэффициентах теплоотдачи составляет всего лишь несколько процентов и может не учитываться при практических рвглетах. Тозько при больших теыпературных напорах или в околокри.
ческой области, где г/ср резко уменынается, коэффициент теплое лачи значительно узелнчввается по сравнению с а, вычисляемым по уравнению Нуссельта. Есть различия н для малых чисел Прандтлн (жидкие металлы). В этан случаа тегшоотдача в спирском интервале температурных иапоров меньше, чем вычисленная по формулам Нуссельтв (см. % 12-6). Решение Нуссельта ие учитывает переменности физических параметров конденсата. Согласно [Л. 94) для учета эанисимости коэффициентов теплопроволности д н вязкости П от температуры правуго часть формул (12-12) илн (12-13) нужно умножить ив величину вг= гехкпэ =[( ! )»()ы(р»)) "э, где индексы «с» и «н» означают.
что данный коэффициент нужно выбирать соответственно по теыпературе поверхности степки илн температуре насыщения. При этом параметры, входшцне в формулы (!2-12) и (!2-13), следует брать по температуре насыщения. Р»с. !Х.З. Иэ енезне «оы)- Согласно опытным данным Н В Воэулк йнынэгз тевлочтхэчз в лчгээм . а иззрн теху- [Л.
60 и др.) поправка ег достаточно хорошо ~гэ пэеззн хозвгзгэгз учитывает влияние переыеннести физических вдоль еезтнхзлызя сыгмв свойств коНденсата на теплоотдачу; по своим числовым значениям она близка к поправке (Рь/Ргс)чм. При выводе уравнений (12-!2) и (!2-!3) не учитывалось влияние волнового движения пленки. П. Л. Капица [Л. 66) полагал, что волновое движение пленки имеет установившийся периодический характер, описываемый для любого сечения х сниусоидальиым распределением толщины пленки во вреыени. Он получил, что при волновом режиме эффектияная толщнва слоя б э, котораи лолжва быть введена в уравнение (12-9), меньше, чем б, вычисляемая по уравншгию Нуссельта. Падение терпи. 273 гз-зг веского сопротивлении Й, при малой толщине пленки обгоняет рост Кв при большой ее толщине.
При зтоы средний коэффициент теплоотдачн возрастает на 21«7«по сравнениго с а. вычисленным по формуле (12-13). Пленка имеет сложный волновой характер движении, зависящий от числа Ке и других факторов [Л. 133]. Согласно Д. Л. Лабунцову (Л. 94] поправка иа волновое течение с достаточной точностью есть функция только числа Рейнольдса: При малых Ке поправка е« близка к единице. По мере увеличения Ке величина з« возрастает и при Ке=400 е„= 1,27. Число Рейзольдса относится к нижнему по ходу движения конденсата сечению пленки.
Таким образоы, для расчета средних коэффициентов теплоотдачи прн конденсации прантически неподвижного чистого пара на вертикальных поверхностях может быть исполыювана формула а=а аы (! 2-!4) В формуле (!2-!4) оп — коэффициент теплоотдачи, вычисляемый во формуле Нуссельтз (12-13) при отнесении всех физических параметров конденсата к тел~пературе напив!енин. Уравзепве Нуссельта (12-!3) и уравнение (!2мй) могут быть приведены к безразмерному виду. Выбрав в качестве опрелелвемой величины Ке ойдо.ц,„, получиы: К с = 0,9432«г«, где В=ба —, Па= —,*. из~ зг хы т индекс «жз обозначает, что в безразмерные величины входят физические параметры конденсата.
При приведении формулы (12-14) к безразмерному виду, полагая, чю е™« =ш и учитывав, что з -Ке«м, получаем (Л. 94]: Ке„= 0,955«'тзеп (! 2-1от Индекс «и» показывает, что физические параметры коьдеисата,входящие в числа Ке и 2, выбираютсв по теыпературе цасыпгеиив. 1'1оправка е«входит в уравиенне (12-15) в неявном виде. На рис. 12-6 формула (!2-15) сопоставлена с опытными данными. Если аадана плгппость теплового потока д„то формулу (!2-14) удобнее испольэовать в преобразованном виде. Йз уравнений а=А„/б и в=25«/Зчю припав з,=-121, можно получить: [ — „' ( — ") ~=0,85Ке,'ыч, (12-16) где Ко«=5«х/гр .
Здесь средняя плотность теплового потока ч«зависит от х. Т у р б у л е н ты о е т е ч е н и е п л е н к и. При Ке) 400 течение в пленке становится турбулентным. В верхней же части пленки, где Ке(400, течение продолжает осгаватьсн ламинарным. Па стенке будет иметь место смешанное течение конденсата. Вез учета теплоты нереохпаждения, писсипации ыехянической энергии и при отсутствии в жидкости внутренних источников теплоты пере- 274 нос тепла ~срез пленку конденсата происходит в условиях пот'гоянной плотности теплового потока поперек пленки, т.
е р=-д,=сонэ(чл)(р) или др(бр=О, (а) здесь у — координата, нормальная к поверхности стенки (рис. 12-2). В этом отличие, например, от рассмотренного ранее теплообмена при течении однородной жидкости в трубах, гле д измеииется ат наибольшего значения на тверлой стенке ло нуля на осн трубы (при неизменных по периметру поперечного сечения граничных условиях). ь ббю' г ь бвггв г ч бага" г е гвб в в I гб-' Вбгвс б В Вагаб З В ВВ,вг З Рлс ! ЗЗ Тезлаатлача [рл влеаачзеа ксалеаеацаи ниьщемчнего лара на мртакальиаа мчмрхиостн арн лаиааарнан течение злеихе.
Локальный коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации может быть найден на основе уравнений (а) н Ч=( +р -Ф)т= -(!+и,—,м',~в,; — "( .:)1 Вб=~ — б =В( г Рг Отекма, УЧИтЫВаЯ, ЧтО а=о,((ба — б,), ПОЛУЧаЕМ: 1 (12-11 .) л (г+ — — „") Таням образом, определение коэффициента теплоотдачи сводится к вычислению интеграла, стоящегов знаменателеуравнения (12-17).Эти вычисления были проделаны Д й. Лабунцовым.
При этом использовались уравнения для коэффициента турбулентного обмена з„предложенные Линем и Шлвнгерам. Было принято, что физические параметры конденсата постоянны и вг — -е, (т. е. Рг„=1). Результаты интегрирования аппроксимированы в интервалах 1<Рг,(25 и 1,5 10гг Ке<6,9-!Ог уравнением (12-181 — — =0,0325Ке«.мрг .
° ~з / где адесь а — местный коэффициент теплоотдачи. При расчете средней теплоотдачи турбулентного течения нужно учесть, что в верхней части стенки на ламинарном участке уже образовался определенный слой конденсата. В случае постоянных физических параметров теплоотдача ламинарного участка аписываетси уравнением (12-15), где е,= !г Ке = 0,95Х',г« 4!ри этом величине Ке р---400 соответствует Х,э-— — (Па'г' ) =2300. Формула (12-7') в безразмерном виде Учитывая уравнение (12-18), получаем: аде .00325Кек Р, . Разделив в последнем уравнении переменные Ке и Х (полагаем, что Рг=сопз!) и проиитегриронав в пределах от Хвэ до Х и соответственно от Ке„э до Ке, получим: а (К з" — Ке'")=0,0325ргк (Х вЂ” Х„г. Решив это уравнение относительно Ке и полагая Ке„,=400, Х „—— =2300, получаем следующее уравнение: Ке =-(89+ 0,024 РР «(Х вЂ” Х«э) )ггз.
(12-19) Уравнение (12-!9) описывает среднюю теплоотдачу для вертикальной повпрхности, иа которой имеются ламииарный и турбулентный участки течения конденсата. Для учета аавнсимости физических параметров от температуры коэффициент О,Оозб в формуле (12-!8) или коэффициент 0,024 в формуле (12-19) должен быть умноиген нз поправку (Рг„гРг«)«вг, где индексы «н» и «с» означают, что число Прандтля конденсата выбиРается соответственно по температурам насыщения и стенки. При этом все остальные физические параметры конденсата, входящие в уравнении (!2-18) и (12-!9), должны выбираться по темггературе насыщения. 275 С учетом сцеланных замечаний формула для расчета среднего коэффициента теолоотдачи при конденсации чистпто неподвижного пара на вертикальной поверхности и смешанном течении пленки конденсата принимает следующии аид (Л.
94]: ((е„= — ]89+ 0,024(рг /Рг,)"ар~и' (Х вЂ” 2300)] ( [12-20) Если залаяв плотность теплового потока до то, учитывая, что Ке= =у,й(грн, формулу (!2-20) удобнее применить в следующем прес(аразозвнном виде: ~" ("') ] — г, та(а] (12-2!) т 9 / !. 2300+4!Р .юл(це.м 89)(Р» (Рг.) аа Определяющей температурой является температура насыщения а (исключая Рг,], определяющим размером — высота стенки й. Все физические параметры берутся для конденсата. Если давление пара велико и плотность пара соизмерима с плотностью конденсата, в уравнении движения член р л заменяют на 2(р — р ). Эта аамена привалит к тому, что в расчетных уравнениях каи для. турбулентного, так н ддя ламинарного течения пленки вместо числа Галилея Са=-2!аа(та поянлнетсн числа Архимеда Л =-йгл((-ф).
В частности (а('А ) (т' /д)П~ в этом случае следует записать так: и вместо Л=-Оаш(Х .б!/гр,) будет: Индексы «ж» и «и» по-прежнему обозначают, что данная величина отнесена соответственно к жндкой и паровой фазе. На графике рис. !2-7 формула (!2-20) сопоставлена с опытными данными. На основе уравнений (12-14) и (12-19) составлена номограмма (рис. 12-9) лля определения срелнего коэффициента теплоотдачи при конденсации водяного пара на вертикальных поверхн(ятях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
