2 (1176234), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Конденсация на пучках гладких горизонтальных труб13В горизонтальных кожухотрубных конденсаторах условия теплоотдачи на различных по высоте труб неодинаковы, вследствие натекания конденсата с верхних труб на нижние. Кроме того, на верхний ряд оказывает влияние скоростьпара. При неподвижном паре и непрерывном стекание конденсата с верхнихрядов на нижние приводит к увеличению толщины пленки, что приводит куменьшению коэффициента теплоотдачи от ряда к рядуα = α Nu ⋅ n −0, 25(2.2)где n- число труб по вертикали.Стекание конденсата происходит не плавно, а в виде капелек и струек.

Нанижерасположенных трубах пленка турбулизируется, что соответственно увеличивает коэффициент теплоотдачи и уменьшает степень влияния от утолщения пленки.(2.3)α = ε Nu ⋅ n −0,167Скорость пара, в свою очередь, оказывает воздействие на режим стеканияпленки и ее толщину.

При подаче пара сверху он с наибольшей скоростью обтекает верхний ряд, а затем по мере конденсации скорость пара уменьшается поглубине пучка. Оба фактора – натекание конденсата и скорость пара - действуют одновременно, поэтому разделить их трудно.При конденсации на оребренных трубах коэффициент теплоотдачи увеличивается. Увеличение происходит за счет стягивания пленки к основанию ребра.Пленка становится тоньше и α увеличивается. Кроме того, увеличивается самаплощадь пленки при оребрении.

Для расчета коэффициента теплоотдачи приконденсации неподвижного пара на оребренной трубе можно применить формулуα р = α Nu ⋅ ψ рF ⋅Εψ p = 1.3 BFF ⋅Εhp = BF3/43 /4 d0  h  p(2.4)0.25 D 2 ⋅ d0 2  D +FгF0.25где Fв и Fг – площадь вертикальных и горизонтальных участков;E – коэффициент эффективности ребра ;d0 – диаметр основания ребра;hp –приведенная высота ребра;D – диаметр ребра;F – полная площадь оребренной поверхности.При конденсации движущегося пара на одиночной трубе14α pw = 0,43α р (Re′′) 0,12 (Pr ′′) −0,33 .(2.5)При конденсации на пучке оребренных труб неподвижного параα п.ор = α p nср−0,16 ,(2.6)При конденсации движущегося параα п.ор = α p w nср−0,16(2.7)В формулах (2.6 ) и (2.7 ) nср рассчитывается по формуле0,5nср = 0,92nоб( S г / S в ) 0,5(2.8)где nоб - общее число труб в кожухотрубном конденсаторе;Sг – шаг труб по горизонтали;Sв – шаг труб по вертикали.2.2.

Конденсация на вертикальной стенке и трубеТеоретическая формула Нуссельта применима к ламинарному течению пленки конденсата, а в реальных условиях развивается волновой либо турбулентныйрежим. В обоих случаях наблюдается увеличение α . При волновом движении(Re≤ Reкр ≈ 1600) расчет производится по формуле Нуссельта с поправкой нарежим движения εν = (Re/4)0,04.α Nu = 0,9434 grρ 2 λ 3 /(ν(ν н ) ⋅ εν(2.9)Число Re можно выразить через теплообменные характеристики конденсации. Для этого воспользуемся числом Рейнольдса для пленки Re=4G/µ, где G –массовый расход жидкости в пленке, приходящейся на единицу длины поверхности, по нормали к направлению течения жидкости, кг/(м*с).Уравнение теплового баланса для поверхности высотой(2.10)rG = αθaHСледовательно Re=4 αθaH/(rµ), где α и θа – осредненные по высоте значениякоэффициента теплоотдачи и разности температур хладагента и стенки.

Значение Н при котором наступает турбулентный режим может быть найдено аналитически. При турбулентном режиме течения α рассчитывается по формулеrµα = 400Hθ a Hθ a  0,51 + 0,625 Pr  ( Hθ a ) кр  4/3(2.11)Конденсация внутри горизонтальной трубы. В зависимости от скорости параи внутреннего диаметра трубы наблюдаются расслоенный, переходный иликольцевой режимы течения двухфазного потока. В конденсаторах холодильных15машин обычно наблюдается расслоенный режим течения. В этом случае длягоризонтальной трубы применима теоретическая формула Чейто:α = 0,5764 grρ 2 λ3 /(νθd вн )(2.12)В основном используют эмпирические зависимости т.к . в действительностикоэффициент теплоотдачи оказываются несколько выше рассчитанного поформуле (2.12 ). Увеличение α вероятно связано с влиянием скорости.

На основе опытных данных предложена формула для расчета средней теплоотдачи:(2.13)Nu = 0,68(GaKPr)0,25где К – критерий фазового перехода, К = r/(cpθ);ср – массовая изобарная теплоемкость жидкости;Nu = αdвн/λ;Ga = gd вн3 /ν 2 .Коэффициент теплоотдачи для аммиака рассчитывается по эмпирическойформуле(2.14)α = 2100θ a−0,167 d вн−0, 25 .Для условий конденсации пара внутри шлангового змеевика коэффициенттеплоотдачи вычисляют по формуле(2.15)α зм = αε зм = 0,25αq F0,152.3. Конденсация внутри вертикальных труб и каналовДля расчета конденсации неподвижного пара с учетом режима движения используют формулу (2.11).При конденсации движущегося пара плоских вертикальных щелевых каналах расчетные зависимости имеют вид:При Re//=(1,2∙105)– (4,5∙106)(2.16)α = 0,2α Nu (Re // ) 0,12 (Pr // ) −0,33 ;при 4,5*106 < Re// < 2,2*107α = 0,246α Nu 10 −3 (Re // ) 0,55 (Pr // ) −0,33 .(2.17)Значение αNu вычисляют по уравнению (2.1); определяющим размером является высота канала Н.

Формулы справедливы при температуре конденсации 3040 оС, скорости пара на входе в канал 0,15- 6,5 м/с, плотности теплового потокаqF = 1250 – 39000 Вт/м2.2.4. Влияние неконденсирующихся газовВ конденсаторах холодильных машин процесс конденсации пара рабочеговещества может происходить в присутствии неконденсируюшихся газа – воздуха.

Влияние примесей в большей степени проявляется при малых значениях16теплового потока. Наличие в конденсаторе воздуха большее влияние оказываетна конденсацию аммиака чем фреонов(Рис 2.1). Даже незначительная концентрация воздуха в смеси r приводит кбольшому снижению коэффициента теплоотдачи. Следовательно, необходимоочень тщательно удалять воздух их системы при пуско-наладочных работах иэксплуатации. Кроме того, в фреоновых холодильных машинах, работающихна полиэфирных маслах, наличие воздуха (влаги) недопустимо.

Это приводит кповышению кислотности масла.Рис.2.1. Влияние концентрации неконденсирующихся газов на α3. РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ СО СТОРОНЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙСРЕДЫУсловия теплоотдачи:вода внутри труб;вода стекающая пленкой;вода при вынужденном движении поперек оребренного пучка труб;орошение водой поверхности труб с частичным испарением (испарительные иоросительные Кд);свободное движение воздуха;вынужденное движение воздуха;Теория теплообмена однофазных сред изложена в соответствующей литературе.

Здесь приведены лишь основные сведения по этому вопросу и расчетныеформулы для определения коэффициента теплоотдачи.17В уравнениях подобия, описывающих теплоотдачу однофазных сред, в качестве определяющей температуры, по которой находятся теплофизические свойства среды, может служить средняя температура жидкости tж, температура поверхности нагрева стенки tст либо средняя между ними, обычноtm = 0,5 (tж + tст ).3.1. Теплообмен при свободном движенииСвободное движение вызывается различием плотностей холодных и горячихчастиц среды, возникающим из-за разности температур между средой и стенкойаппарата.

Определяющим критерием подобия в этом случае является критерийРелея Ra(3.1)Ra = Gr Pr = gβΘl03 / (va ),определяемым - критерий Нуссельта Nu = αl0/λОбщий вид уравнения подобия для свободного движенияNu = CRa n (Prж / Prст )0 , 25.(3.2)В приведенных соотношениях обозначены: g — ускорение свободного падения; Θ — разность температур (температурный напор) между средой и стенкойаппарата; α - коэффициент теплоотдачи от среды к стенке; β - коэффициентобъемного расширения; l0 - определяющий размер; С- постоянный множитель.Определяющий размер: для горизонтальной трубы l0 = dн, для вертикальнойстенки и трубы l0 = Н (высота), для горизонтальной стенки - меньшая сторона.Определяющей температурой служит температура жидкости tж вдали от поверхности теплообмена.Отношение (Рrж/Рrст)25 учитывает влияние направления теплового потока(нагревание или охлаждение) на теплоотдачу для капельных жидкостей.В зависимости от величины Ra режим движения жидкости в пограничномслое может быть ламинарным, переходным или турбулентным.При свободном ламинарном движении (103 < Ra < 103 и Рr = 0,7÷ 30 000) угоризонтальной трубы для расчета среднего коэффициента теплоотдачи можетбыть применено уравнение И.

М. Михеевой:Nu ж = 0,50 Ra1ж/ 4 ,(3.3)Для воздуха формула может быть упрощена и представлена в видеNu = 0,47Gr 1 / 4(3.4)В вертикальном ряду горизонтальных труб (для настенной гладкотрубнойбатареи) α увеличивается примерно на 3,5—4 % для каждой следующей по высоте трубы при S/dн > 2,5 и уменьшается на такую же величину при S/dH < 2,518по сравнению с рассчитанным значением для одиночной трубы (S — шаг трубпо вертикали).Для свободного движения вдоль вертикальных труб и стенок в диапазоне0,7 < Рг < 3000:при ламинарном пограничном слое (103 < Ra < 109)Nu ж = 0,76 Ra1ж/ 4 ;(3.5)при турбулентном (Ra > 6·1010)Nu ж = 0,15 Ra1ж/ 3 .ра.(3.6)Во втором случае коэффициент теплоотдачи не зависит от линейного разме-При переходном режиме (109 < Ra < 6·1010) значения коэффициентов теплоотдачи лежат в пределах от α л (для ламинарного течения) до αл (для турбулентного течения).

Приближенно они могут быть рассчитаны по формуле (3.6).Для воздуха и других газов, у которых Рrж ≈ 0,7, уравнения (3.5) и (3.6) упрощаются и соответственно принимают вид:Nu = 0,70Gr 1 / 4 ; Nu = 0,14Gr 1 / 3 .С помощью уравнений (3.3)—(3.5) можно получить размерные формулы дляопределения среднего коэффициента теплоотдачи [Вт/(м2 ·К)]:α = A1 (Θ / d н )1 / 4 ; α = A2 (Θ / H )1 / 4 ; α = A3 Θ1 / 3 .Значения коэффициентов А1, А2 и А3 для воды и воздуха приведены в табл.3.Таблица 3.1Значения коэффициентов A1, A2 и A3КоэффициентA1A2A3—501,382,082,15Воздух при t, ˚—2001,341,312,001,982,021,87С201,261,881,74501,221,841,64Вода при t, °C02065103,596,515511422040137207326Вокруг тонких проволочек (конденсаторы бытовых холодильников) (d =0.2÷2 мм) при малых температурных напорах образуется неподвижная пленкаобтекающего их газа.

Через пленку теплота передается только путем теплопроводности и Nu = αd/λ = 0,5. Этот режим течения называется пленочным.19В области 10-3 < Ra < 103 (переходный режим от пленочного к ламинарному) расчет среднего коэффициента теплоотдачи для горизонтальных труб ипроволок производится по уравнению М. А. МихееваNu т = 1,18 Ra1т/ 8 .(3.7)3.2.

Характеристики

Список файлов ВКР