4 (1176237), страница 4

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

Текст из файла (страница 4)

6 мкм Rzо  1мкмПо данным А.В. Куприяновой (опыты с уменьшением q), дляразвитого кипения аммиака при tu= - 40…20 °С и q= 23…87 кВт/м2коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению:0,7  р 0, 21  13,7  2,33  р 0,7 ,  2,2  q Fнар(2.6.3)оогде pо – давление кипения в бар; 1бар =105 ПаВ переходной зоне неразвитого пузырькового кипениякоэффициент теплоотдачи со стороны аммиака определяется поформуле: нр   ск 1 , ск25(2.6.4)где ск определяется по зависимостям для режима свободнойконвекции. В интервале значений q = 510 кВт/м2 и 103Ra 106 оннаходится из выражения:Nu = 0,5Ra0,25.(2.6.5)Значение , входящее в формулу (2.6.4) определяется поприведённым выше выражениям (2.6.3).Кипение на пучках cгладкими и оребренными трубами.Поверхность теплообмена многих промышленных испарителейкомпонуется в виде горизонтального или вертикального пучка труб,размещенных в кожухе.

Погруженная в объем жидкости греющаясекция такого испарителя образует своеобразный циркуляционныйконтур с подъемным движением парожидкостной смеси в зоне пучкатруб и с опускным движением жидкости около кожуха. В такомконтуретеплоотдающаяповерхностьомываетсяпотокомпарожидкостной смеси, создаваемым поднимающимися вверхпаровыми пузырями.При небольших плотностях теплового потока(q< 10…15 кВт/м2)и низких давлениях (р≈ 105 Па), характерных для режимов работыиспарителейнизкотемпературнойтехники,дополнительнаятурбулизация, возникающая при направленном движении среды,может привести к существенному повышению коэффициентатеплоотдачи.При повышении плотности теплового потока влияние скоростисмеси ослабевает (см. рис.5).

Более значительная зависимость α отскорости смеси наблюдается при низких давлениях.В [9] отмечено, что после шестого ряда труб интенсивностьтеплообмена стабилизируется. Если число рядов в пучке большедесяти, то среднее значение коэффициента теплоотдачи в пучке независит от числа рядов и может быть определено следующимобразом: П  о  П ,где  о - коэффициент теплоотдачи для одиночной трубы (формулы2.6.2 или 2.6.3).26а)б)Рис. 5.Зависимость коэффициента  П от плотности тепловогопотока, температуры насыщения и относительного шага пучка S/d:а – десятирядный пучок (R22); б) – пятнадцатирядный пучок (R12)--- ∙ --- s/d=1,15; --- --- s/d=1,30; -------- s/d=1,45;Когда значение комплекса Pe  K t0,63  K0,5  10 7 , то поправочныймножитель  П  1 .

При Pe  K t0,63  K0,5  10 7 поправочный множитель П может быть определен (для фреонов) из рис.5. При tн< -20°Cрекомендуется значение  П принимать таким же как и при tн = -20°C.В [5] отмечено, что для аммиака средний коэффициенттеплоотдачи при кипении на пучке труб диаметром 2538 мм причисле рядов труб по высоте п = 610 в интервале t0 = -300 С иqF = (1,212) кВт/м2 можно определять по уравнениям:0,4  45  qFнарили   580 а2 3 .(2.6.6)По результатам осреднения опытных данных различныхавторов, в [17] для расчёта среднего коэффициента теплоотдачи прикипении на гладкотрубных пучках, при диаметре труб 1620 мм, счислом рядов по высоте п = 1520 в интервале t0 = –300С иq Fнар = 110 кВт получены следующие формулы: для R12 (С = 14,2) и R22 (С = 16,4)0,5 Р 0,25 S d 0,42  С  q Fнар,н027(2.6.7) для NH30,6  13  qFнар.(2.6.8)Кипящий в промышленных условиях фреон обычно содержит до8…10% (массовых) масла, что снижает значение коэффициентатеплоотдачи.

Влияние примеси масла на интенсивность теплообменапри кипении фреонов может быть учтено дополнительнымпоправочным коэффициентом εм, значения которого для R12 и R22приведены на рис.6.При кипении жидкости на поверхности оребрённых труб, прималых значениях плотности теплового потока, устанавливается болеевысокая интенсивность теплообмена, чем при кипении наповерхности гладких труб. Поэтому в хладоновых испарителяхнизкотемпературных холодильных установок широко применяюторебрённые трубы. Некоторые данные накатного оребрения медныхтруб приведены в таблице 5.Основными параметрами, определяющими эффективностьребра, с точки зрения теплообмена, при кипении являются отношениешага ребер и высоты ребра к средней величине просвета междуребрами.

Малое расстояние между трубами и большая высота ребраухудшают условия отвода пара, происходит «запаривание»теплопередающей поверхности и ухудшение теплоотдачи.Наличие масла, растворенного во фреоне, уменьшаеткоэффициент теплоотдачи при кипении на одиночных оребренныхтрубах и пучках оребренных труб.Рис.6. Поправочный множитель εм, учитывающий влияние масла дляR12 (а) и R22 (б) :1- q=1,835 кВт/м2 ; 2- q=5 кВт/м2 ; 3- q=10 кВт/м2--------- горизонтальная труба, - - - горизонтальная пластина.28Таблица 5Исходный№диаметртрубы,п/пмм120,2216,2320,3Диаметр по ВнутреннийВысота Шагоснованиюдиаметрребра, рёбер,рёбер,трубы,h ммS ммммdвн мм16,513,11,752,013,311,51,61,2717,615,351,51,5Степеньоребрения,4,124,03,8При кипении R12 и R22 на пучках оребрённых труб, геометриякоторых близка к приведённой в таблице 5, среднее значениекоэффициента теплоотдачи можно рассчитать по формуле:(2.6.9)   эт   пр ,где αэт – коэффициент теплоотдачи эталонного пучка, которыйопределяется следующим образом: для R120,5  Р 0,25 , эт  1,03qор0(2.6.10) для R220,45  Р 0,25 , эт  1,83qор0(2.6.11) для R130,66 эт  Сqор.(2.6.12)Значения коэффициента С для R13 в зависимости от температурыкипения приведены в таблице6.t0, CС (для R13)-605,2-309,65-1015,3Таблица 6примечаниеqFнар  2 10 кВт/м2Здесь пр коэффициент, учитывающий влияние числа рядов повысоте пучка.

В интервале изменения плотности теплового потока27 кВт / м2 для пучков числом рядов пп> 10 значения пр1.29а)б)Рис.7. Значение коэффициента εпр при кипении R12 (а) и R22 (б) напучках оребренных труб: 1 - qор= 0,5 кВт/м2 2 – qор= 1,0 кВт/м2 ;3 - qор= 1,98 кВт/м2 4 - qор= 0,5 кВт/м2;------- tн= - 20°С; - - - tн= 10°СКипение в трубах и каналах.

В случае кипения внутри трубыили канала, представляющих собой ограниченный объём,образующийся пар вместе с жидкостью движется вдоль трубы,причём количество пара непрерывно увеличивается. Движущаяся потрубе смесь пара и жидкости называется двухфазным потоком.Форма и количество движущейся паровой фазы определяют режимтечения (или структуру) двухфазного потока.В круглых трубах и в каналах произвольной формы ухудшение(кризис) теплоотдачи может возникнуть либо вследствие перехода отпузырькового режима кипения к пленочному, либо вследствиевысыхания жидкой плёнки при дисперсно-кольцевой структуретечения парожидкостной смеси.

В связи с различной физическойприродой кризисов теплообмена их соответственно принято называтькризисами 1-го и 2-го рода. Кризисы теплообмена 1-го рода имеютгидродинамическую природу. Также, как и при кипении в большомобъёме, они обусловлены потерей устойчивости двухфазнымпристенным слоем, поэтому к ним применимы основные положениягидродинамической теории кризиса теплообмена при кипении.Характерными величинами для кризисов 1-го рода являютсякритические плотности теплового потока. Кризисы 2-го рода имеютдругую природу.На рис. 8 и 9 показаны возможные режимы течения двухфазногопотока.30Рис.8.

Режимы течения (структура) двухфазного потока прикипении в вертикальной трубе: I - область подогрева жидкости; II –область кипения; III – область подсыхания; 1 – однофазная жидкость;2 – поверхностное кипение; 3-7 – объёмное кипение с режимамитечения: 3 – пузырьковым; 4 – снарядным; 5 – эмульсионным; 6 –кольцевым и дисперсно-кольцевым; 7 – дисперсным.Рис.9. Режимы течения (структура) двухфазного потока при кипениив горизонтальной трубе: I - область подогрева жидкости; II – областькипения; III – область подсыхания; 1 – однофазная жидкость; 2 –пузырьковый режим; 3 – снарядный режим; 4 – волновой режим; 5 –расслоенный режим; 6 – волновой-кольцевой режим; 7 – кольцевой идисперсно-кольцевой режим; 8 – дисперсный режим.31В дисперсно-кольцевом потоке с ростом паросодержания приW = const толщина пристенной жидкой плёнки непрерывноуменьшается, что приводит к подавлению процесса пузырьковогокипения.

При полном или частичном испарении жидкости в плёнке(когда на стенке появляются большие «сухие» пятна) коэффициенттеплоотдачи резко падает и возникает кризис теплообмена 2-го рода(рис.10), характерной величиной для этого кризиса являетсяграничное расходное паросодержание.Рис.10. Общий вид зависимостей q = f(x) для кризисных условий. АВ– кризис теплообмена первого рода; ВС – кризис теплообменавторого рода без орошения плёнки; CD – кризис теплообмена второгорода с орошением плёнкиВажными расходными характеристиками двухфазного потокаявляются массовое расходное (x) и объёмное расходное (β)паросодержания, которые соответственно определяются:х  М п М п  М ж  ,   Vn Vn  Vж ,х1(2.6.13), 1    1     где М и V – массовый и объемный расходы пара (индекс п) ижидкости (индекс ж) соответственно.В общем случае xможет изменяться от нуля (только жидкость)до единицы (только пар).В некоторых случаях паросодержание потока определяют:(2.6.14)х  iсм  iж  / r,32где под iсм при условиях t>tнас (также и при t = tнас) понимаетсясредняя расходная энтальпия потока iпот.

В этих условиях xхарактеризует недогрев жидкости до температуры насыщения (tнас).Когда iпот<iж величина x имеет отрицательные значения (приналичии обогрева паровая фаза появляется в потоке ещё до того, кактемпература его достигла tнас ). При iпотiж вплоть до условий iпот= in(при t=tнас) значения x положительны и равны массовомупаросодержанию смеси. Величину x, определяемую уравнениями(2.6.13,2.6.14), во всем рассматриваемом диапазоне энтальпий потока,включая и отрицательные значения, иногда называют относительнойэнтальпией. При движении кипящей жидкости в трубе w = const повсей длине трубы.Скорость жидкости на входе в трубу (до начала процессапарообразования) называют скоростью циркуляции.Для характеристики двухфазных потоков применяют такжепонятия приведённых скоростей пара won, жидкости (woж) и смеси(wсм):won Vn / f , woж  Vж / f , wсм  won  wож .(2.6.15)В действительности каждая фаза занимает определённую частьсечения трубы, а скорости пара и жидкости в одном и том же сеченииразличны.

Это учитывают истинными параметрами; объемнымистинным паросодержанием  = fп / f (fп – площадь сечения, занятаяпаром), истинными скоростями пара wп = Vп / fп и жидкостиwж = Vж / fж (fж- площадь сечения, занятая жидкостью).Относительная скорость фаз характеризуется коэффициентомскольжения S = wп / wж или скоростью скольжения wск= wп - wж.Истинные и расходные параметры связаны уравнением: 1   1  x    (2.6.16)  1 / 1  S   1 / 1   S . x Точное описание теплоотдачи при кипении жидкости в трубах иканалах может быть осуществлено при рассмотрении каждого изрежимов течения в отдельности с учетом истинных параметровдвухфазного потока.

Характеристики

Список файлов ВКР