2 (1176234), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Это особенно важно приохлаждении воды, поэтому испарители с кипением холодильного агента внутритруб нашли широкое применение в водоохлаждающих агрегатах.Большим достоинством этих испарителей, особенно в случае применениявнутриоребренных труб, является малая емкость по холодильному агенту,меньшая в несколько раз по сравнению с кожухотрубными затопленными испарителями. Вместе с тем малая емкость и связанная с ней малая инерционностьаппарата на стороне холодильного агента усложняют регулирование питанияиспарителя.
Вопрос этот чрезвычайно важен для обеспечения эффективной работы аппаратов. При недостаточном заполнении испарителя, когда выходящийпар перегрет относительно температуры кипения, локальные и средние по поверхности коэффициенты теплоотдачи на стороне пара резко снижаются.45Рис.5.3 Панельный испаритель:1 – отделитель жидкости; 2- выход паров аммиака; 3 – коллектор сборный; 4 – коллектор распределительный; 5– вход жидкого аммиака; 6 – перелив рассола; 7 – выход рассола; 8 – спуск рассола; 9 – изоляция; 10 – спускмасла.5.4. Кожухотрубные оросительные испарителиКак и в кожухотрубных испарителях затопленного типа, рассол в оросительных испарителях течет по трубам, а рабочее вещество кипит на поверхностипучка труб, стекая по нему в виде пленки (рис.
5.4).Рис. 5.4. Кожухотрубный оросительный испаритель:1 — корпус; 2 — трубная решетка; 3 — крышка с перегородками; 4 - распылительная труба; 5 - распределительная труба; 6 - сухопарникКожухотрубные оросительные испарители заполняются меньшим количеством рабочего вещества, гидростатический столб жидкости практически невлияет на температуру кипения, интенсивность теплопередачи выше за счетбольшего коэффициента теплоотдачи при кипении в стекающей пленке.
Для46интенсивной работы аппарата необходимо обеспечить равномерное орошениеповерхности труб.На рис. 5.4 показан кожухотрубный оросительный испаритель. Плотностьтеплового потока в оросительных кожухотрубных испарителях достигает 29003500 Вт/м2.При разности температур θm=5-6 "С плотность теплового потока в панельных испарителях достигает qF = 2900 ÷ 3500 Вт/м2 .6. РАСЧЕТ ТЕПЛООТДАЧИ В ИСПАРИТЕЛЯХ6.1. Теплообмен при кипеннии жидкостейКак известно, кипение может быть пузырьковым и пленочным. Переход отпервого режима кипения ко второму характеризуется критической плотностьютеплового потока qкр1. Испарители холодильных машин работают при плотностях теплового потока, на 1,5-2 порядка меньших qкр1, поэтому пленочное кипение здесь не рассматривается. В испарителях холодильных машин в зависимости от конструкции аппарата и условий протекания хладагента могут быть реализованы следующие виды кипения: 1) кипение на затопленном жидкостьюпучке горизонтальных труб; 2) кипение на пучке горизонтальных труб, орошаемых жидкостью; 3) кипение внутри труб и каналов.
При этом кипящая жидкость находится в насыщенном состоянии (в преобладающем числе случаев).Рис.6.1. Различные режимы кипения:СК — свободная конвекция; HP — неразвитое кипение; Р — развитое пузырьковое кипениеДля установления качественных и количественных особенностей процессакипения, положенных в основу расчета различных испарителей, необходиморассмотреть наиболее общий вид кипения — кипение в большом объеме. Гидродинамика процесса в этом случае определяется парообразованием, а образующийся пар свободно удаляется с поверхности нагрева.Качественный характер зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока для хладагентов, кипящих на горизонтальной трубе, погруженной в объем жидкости для случая независимого задания q (электрообогрев), представлен на рис. 6.1.47При небольших тепловых потоках (линия оа') собственно кипение либо совсем отсутствует, либо развито слабо, в виде единичных центров на отдельныхучастках поверхности нагрева.
В этом случае пар образуется в основном за счетиспарения жидкости у горизонтальной поверхности раздела фаз. Теплоотдачаздесь характеризуется теми же параметрами, что и для свободного движенияжидкости. С увеличением q кипение захватывает все большую и большуюплощадь, интенсивность теплообмена увеличивается и при определенном q = qбнаступает режим развитого кипения (линия бв).Если процесс вести в обратном направлении, от точки в к точке б, то прекращению кипения будет соответствовать плотность теплового потока qа < qб.Наличие переходной области обусловлено своеобразным гистерезисом величины q, соответствующей началу и прекращению кипения.
При одном и том же qтемпературный напор, обеспечивающий кипение при наличии зародышей (линия ба), меньше напора, необходимого для его возникновения (линия аа').В области аа'б процесс нестабилен, и коэффициенты теплоотдачи могутпринимать значения от минимальных на линии аа' до максимальных на линииба. Можно считать, что для переходной области характерен процесс неразвитого кипения, при котором коэффициент теплоотдачи зависит от свободной конвекции и от парообразования. Поскольку образование зародышей носит вероятностный характер, кипение может возникать и при любых плотностях тепловых потоков в интервале от qа до qб в зависимости от конкретных условий.
Поэтому точную численную величину qб установить трудно.Процесс парообразования фреонов и аммиака при одинаковых рн (или tH)протекает по-разному. При кипении аммиака число центров парообразованиязначительно меньше, отрывной объем пузырей значительно больше и гистерезис проявляется сильнее, чем при кипении фреонов. Эти особенности связаны сразличными теплофизическими свойствами, а также различными приведенными состояниями при одинаковых рн или tн рассматриваемых хладагентов.Для фреонов — коэффициенты теплоотдачи в области свободного движенияпри 108 ≥ Ra ≥ 3·103 описываются уравнением подобияNu = 0,21Ra1н / 3 ;(6.1)для аммиака при 106 ≥ Ra ≥ 103Nu н = 0,5 Ra1н / 4 .(6.2)Здесь определяющей является температура насыщения tн - t0, а определяющим размером — диаметр трубы.Выражение (6.1) приводится к размерному виду:ф 1/ 4ф 1/ 3q = Bскα ф = Аскθ ,где αфск = (0,2λ)3/4[gβ/(va)]I/4;Bфск = (Афск)4/3 = 0,21λ [gβ/(va)]1/3.48Таблица 6.1Величины Аск, Вск, qa и θа для некоторых холодильных агентовПараметрыАскВскqa, Вт/м2θа , °сХладагентR11R12RI3R21R22Аммиак54201300010007,53,360231240010005,73,06726818005504,11,762242310010006,72,969270280010005,62,67421710000500021,4d0,212,3d0,2Ре, МПа0,1—0,40,10,40,10,4Выражение (6.2) можно представить так:амамα ам = Аск(q / d )1 / 5 = Bск(θ / d )1 / 4 ,где αасмк = (0,2λ)3/4[gβ/(va)]I/4;Bфск = (Афск)4/3 = 0,21λ [gβ/(va)]1/3.Формулы (6.1) и (6.2) можно применять при q ≤ qа.
В небольшом интервалеизменения давлений значения Aск и Вск изменяются незначительно. Их численные величины, а также примерные величины qa и соответствующие им в приведены в табл. . Различие между qа и qб уменьшается с повышением давления ишероховатости поверхности нагрева.
Следует также отметить, что при р0 ≈ 0,1МПа для R22 по опытным данным qб ≈ 10 кВт/м2, тогда как для аммиака еговеличина составляет около 50 кВт/м2.Для развитого пузырькового кипения характерно большое число действующих на поверхности нагрева центров парообразования (z, 1/м2). Поэтому особенности теплообмена при этом режиме кипения обусловлены условиями возникновения, роста и отрыва от поверхности паровых пузырей, иначе говоря,внутренними характеристиками процесса парообразования.
Если рассматриватьпервичные факторы, определяющие интенсивность теплоотдачи при развитомпузырьковом кипении, то к ним следует отнести физические свойства жидкости, плотность теплового штока (или θ), давление (или температуру) насыщения и совокупность свойств системы жидкость-поверхность нагрева.Из физических свойств жидкости наиболее существенное влияние на теплообмен оказывают поверхностное натяжение, теплопроводность, теплоемкость и плотность жидкости, а также объемная теплота парообразования. Физико-химические свойства пары жидкость - поверхность нагрева могут быть учтены с помощью краевого угла смачивания, механические свойства поверхности - с помощью характеристик микрошероховатости поверхности.
Критериальные уравнения, обобщающие опытные данные в области развитого кипенияиз-за сложности, вероятностного характера процесса парообразования и недостаточности знаний, пока еще не могут учесть всех влияющих на теплообмен49факторов. Они дают удовлетворительные результаты для тех пар жидкость поверхность и в том интервале давлений, к которым относятся обобщаемыеопытные данные. В частности, большое влияние на условия возникновения кипения и число действующих центров оказывает удаление рассматриваемого состояния от критического, которое можно характеризовать приведенным давлением π = p0/pкр.
Чем выше π, тем больше нестабильность кипящей жидкости ивероятность возникновения в ней паровых зародышей.Ниже приведены расчетные рекомендации, полученные на основании опытов с хладагентами.Для развитого кипения аммиака при t0 = - 40-20 °С [р0 = (0,78—8,6) 105 Па] иq = 23-87 кВт/м3α рк = 2,2( p0 ⋅ 10 −5 ) 0, 21 q 0,7 ,(6.3)илиαрк = (3-0,021t0)q0,7,где р0, Па; q, Вт/м2; α, Вт/(м2∙К).В области неразвитого кипенияα кр = α см 1 + (α рк / α ск ) 2 .(6.4)Для расчета коэффициента теплоотдачи αрк [Вт/(м2. К)] при развитом кипении фреонов может быть применена формулаα рк = С0 q 0,75 f (π )( Rz / Rэт ) 0, 2 = Аq 0,75 ( Rz / Rэт ) 0, 2 .(6.5)Величина С0 характеризует влияние свойств вещества на теплоотдачу и определяется из выражения−7 / 8С0 = 550( pкр ⋅ 10 −5 )1 / 4 Т крМ −1 / 8 .(6.6)Влияние давления учитывает множитель f(π), который при 0,003≤π≤0,95можно найти из уравнения f(π) = 0,14 +[1,6+0,4/(1-π)]π.В выражении (6.5) и для C0 приняты обозначения: q - плотность тепловогопотока, Вт/м2; pкр, Ткр - критические давление (Па) и температура (К); М - молекулярная масса фреона; Rz - характеристика шероховатости данной поверхности, равная высоте неровностей в микрометрах, для труб промышленного изготовления Rz — З-6 мкм; Rэт = 1 мкм - то же для эталонной поверхности; А - C0f(π).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
