Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Требуемое переохлаждение для ртутного пара очень велико. Промежуточное положение занимает конденсация водяного пара. В результате интенсивное образование конленсата паров органических жггдйостей прн болыпих температурных напорах мохсет привести к существенному заполнению поверхности сгснкн жидкостью н увеличению термического сопротивления (эффект, близкий по своему реаультату к эффекту утолщения пленки прн пленочной кон. денсацни).
При конденсации ртутного пара на сталыгых поверхностих образуется сравнкгельно мало капель, конденсация идет не ннтенсивна1 коэффициент теплоотдачн при этом может быть меньше, чем прн пленочной конденсации того же пара (Л. 53). Из сказанного ранее следует, что при капелыюй конденсации жидкая фаза находится в своеобразном движении. Это движение является следствием переменности сил, приложенных к жидкости. Прн этом важное значение имеют капиллярные силы. Теория теплообмена при канальной конденсации основывается на статистическом опнсаяин процесса.
В общем случае на поверхности стенки в каждый момент времеви Существует множество капель, радиус которых изменяется от критического 7(„ до отрывного Рз. Спектр размеров капель может быть описан 237 дифференциальной функцией распределения капель по размерам ф(й) =дай%, м з, где оп †чис кзпель с радиусом от )! до )г+Щ приходящеегя на единицу поверхности стенки. Если процесс капельной конденсадии является ьвазвстацвонар~ым, то Т()().=сопз1. Непрерывное увеличение размеров капель за счет нонденсацнв и слияний компенсируется возникновением новых (первичных) и исчезновением крупных (достигших отрывного размера).
Приращение объема капли в ецппицу времени за счет конденсации определяется уравнением Дуй Š— й Еы((!), л где Š— поверхность капли, обращенная в вар; ы(Л)=гЫй(т, мгс— функция скорости роста капли. При этом выделяется теплота фазового перехода. Будем считать каплю полусферой. Для капель с радиусами от )Г да (т+гй) выделенная теплота фазового перехода, отнесенная к единице поверхности стенки и к единице времени, определяется уравнением Ода — — -гр 2к)( — г)п=-гр 2кй и((!) Т(11) г))!. Тогда средгшя плотность теплового потока будет: д,=-йв ) тра)(*юЩф(й) гО)+рм) в„ (! 240) здесь плен д,з учитывает теплоту, выделившуюся прн образовании пер. вцчных капель. Обычно этз теплота пренебрежимо мала.
Температурные напоры при капельной конденсации обычно также невелики, что Позволяет не учитывать и теплоту переохлаждения капель относительно 1,. Таким образом, для теоретического расчета р, или а=д,.(Д! необ. ходвмо анать функции роста капель ю()т) и распределения по размерам ф()т) (Л. 162). Эти функции ищутся для различных условий как аналитически, так и экспериментально. Например, согласно' опытным данным н расчетам скорость роста полусферической капли, когда основ. ныМ термическим сопротивлением является термическое сопротивление теплопроводности палли, определяется уравнением — =2 '( щ гей прн )те =3.3 10 ' . 3,5.!0-' %=5 10 т)(е ьмйомЫг~ .
(1242] Помимо описанного подхода для определения кпэффицяентрв теппоотдачи используется непосредственный эксперимент. Средин!г коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации неподвижного пара может быть описан следующими уравнениями (Л. 5б); прн )!е„=8.!О ' —:33 !О ' г)в=32 10 Ке ~,з~ИщеРг~гз, (1241) здесь — 9„92 т. а й„э (т — т„,) йтд„(т„— т,) 2КИТ т гр ' е,„ Физические параметры конденсата в формулах (12-41) и (12-42) выбираются по температуре насыщения Т.
Масштабами линейных размеров и скорости являются критический радиус Ла определяемый формулой' (12-39), и условнав скорость роста конденсированной фазы при отводе тепла фазового перехода теплопроводнастью ы. =Хэб(/гр„Яа м/с. Безразмерное числа П учитывает влипние капвллириых сил. ВхоДатцап в него величина 3((э — Те) атРажает зависимость повеРхностваго натяжения от температуры. здесь 2 — — !де/дг) — температурный коэффициент поверхностного натяжения. В результате числа Па можно трактовать как отношение термонапиллярных снл к силам вяакасти.
Его мажво предстанить сведующим образом: П„=((! -(а) — ',--=2(Т,— (119; г здесь 1.р=оК,/р ъэ — числа Лапласа. На рис. 12-13 формулы (!2-41) и (12-42) сопоставлены с опытпыми данными. Опытные данные получены при конденсации насыщенного водяного пара на вертнкальнык стенках высотой до О,б1 м вертикальных трубках и горизонтальном пучке труб. Значении критерия Пв з использованных опытных данных иэченялнсь от 0,98.10 э до 4,5 10-э, число Прандтля иаменячось от 1,73 до З,бб; давление пара р = (0,12 †: 1) 10э Па.
Как следует иэ формул (12-41) и (1242], для расчета коэффициента теплоотдачи достаточна акать температуру насыщения и температурный напор. Пэ рис. 12-14 представлена номограмма, с помощью которой важно определить коэффициент теплаотдачи при капельвой конденсации неподвижного насыщенного водяного пара. Номограмма получена путем саопмтствующего пересчета и графического предстпвления формул (12-41) и (12-42).
Согласно формулам (12-41) и (12-42) при Ке.<З,З !О-э о — Л(ктэ и ра-Л!ьи( при Ке* ыЗ3 10-' а Лгээт и рае-Л(еа. Из последних соотношений и нэ рис. !2-!4 следует, что при палых температурных напорах коэффициент теплоотдзчи возрастает по мере увеличения ЛЛ а при больших Лб наоборот. уменыпается Переход ат положительной эавпсимостя а(Л() к отрицательной происходит прн Ке равном примерно З,З 10 ". Изменение характера зависимости а(Л() можно абъяснигь следующим образам. Прп Ке.(3,3 1О-э скорость конденсации лимитируется ' В пачаэьэые повеет роста эеэээ эээ кзпэк разность текперэтур позерхкссти мнэыктэ э поверхпаетв сгеэкв эыаэачэтстьэа Всэеастзэе втош э трааневээт (12.4!1 а (12 421 Т эснг н» Т,. тэ-м 289 , -е вв в г Е д Лгм РР в Е Х а галы' х ч хлуюдга Рж 12-!а Таааычаача арь кмсаь са «оаа с а нара. с.' — Г.Π— не ц — шьтй.ж — л'Кваме — шатг прежде всего необходимостью пересьцценин пара.
Чем балыне Лг, тем больше пересышеиие цара и тем интенсивнее лронсходит конденсация. При этом термическое сопротивление конденсата сравнительно невелико Повын1еиие скорости конлеасации с россом бг и увеличение количества конденсированной фааы на поверхности теплообмсва приаодаг к тому, что термическое сопротивление конденсата начинает окааывать большее влияние иа процесс теплоотлачн. При Р(е.>З,З.!О-л скорость конденсации прежде исего зависит от термического сопротивления образовавшегося конденсата. Происходит споеобразный кризис капельной конденсации.
Теплоотдача при капельной конденсации начинает зависеть от скорости пара прн сравнительно небольшой ее величине. В то же время иатенсы)гицирующее влияние скорости пара, приводящее к появлению большого количества конденсата на поверхносг стенки, може~ ускорить кризис капельной конденсации. На рис. 12-15 показана зависимость средних коэффициентов тепло- отдачи от скорости пара.
Водяной пир атмосферного давления конденсироаался на аертикальнпй пластине, протекая вдоль нее сверху вниз. На графике П =2р ют 1р (дтп)иь, и — -средняя скорость пара на расчетном учзстке; пс — коэффициент теплоотдачи, рассчитанный пп формуле (12-41). 22 ш' и д 7 д и 2 7ДЗШ» Д Л С Д З гадис 2 Л СС Рис. 12-И. Кгаффицнент тнпюп дачи при панельной конденсации водяного «ар» в заанспнсстн пг тенперюурн иасьпценгю и теппературного напора. Поа положи ельней аависинссти и ог жг п. 2,61 1оч "дьаь', при отрицатыыюй — а 27з 1о'г ым З Р Д Д 7 ВЛЛ7 Рнс 12-!3.
Заапсниосп теплвпдачн пр» «анель сй иснаеюацип от скорости пара. осо о«л ш кс а г це,-а.гс-' — сз гс; о-л и л а 1гг и — щ .и — щ .и — мс;тг — аес 291 Опытные данные, представленные на рис. 12 15, нол зевы прп Ве = =-8 КГ-г е3,3 1О '. Ови могут быть описаны уравнением — б 9 !О-*Ее-згна гз здесь определяющей является температура насыщения.
Из формулы (1243) следует, что а" шэд нам дгкгд Согласиоопытам, данные которых представлены па рис. 12-15, а/а,,я!. Максимапьное увеличение теплоотдачи состаалило в/а,=.35 (а=.425.10' Вт/(м'.К)) и имело место при 5(=!К и ю —.-=5,5 м/с. Интенсифицирующее воздействие скорости пара проивлаетси и прн Ке,)3,3.10 з. Однако при значительных температурных напорах средний коэффициент теплоотдачи при конденсации движутцегосч пар» мало отличаетсв от сь Опыты показывают, что при капечьной конденсации стекание конденсата с верхней трубки на трубку, лежащую под ней, приводит ~ незначительному уменьшению коэффициента теплоотдачи. В интервале значений ~,ыг /6 от 2 до 12 теплоотдача понижастсп примерно па 10 — ! 5с/э.
Интенсивность теплоотдачи при капельной конденсации очень сильно зависит ог примеси неконденсируюшихси газов (см. гй 14-5). тг в. Отдельные зАдачи тепнООимеи* пзи нОидеисАции ПАРА Конденсация перегретого пара будет иметь место, если температура поверхности стенки меньше температуры насыщения. Если же Г„.>1, то конденсация отсутствует и происходит теплообмец оангн фазнай жидкости (пара). При «онденсациз персгретосо пера температура его у стенки постепенно Снижается и конденсируется по существу насыщенный пар.
г ечла. та перегрева отдается при этом поверхности конденсата обычным конвектинным путем. Таким образов, копдепсируись, перегретый пар передает конденсату теплоту фазоного перехода и теплоту пере~рева. Кроче того, пар, не сканденсировавшнйсв в теплообиеннике, отдает часть своей теплоты перегрева путем обычного конвективпого теплообменз; прп этом температура пзра снижаетгя. В случае полной конденсации перегретого пара каждый его килограмм отдает теплоту; г а=с+се„б1,р, где Ы Р вЂ”вЂ” ! и — 1; 1„,г — темпеРатУРа пеРегРетого паРе.
Теплообмен при конденсации перегретого пара исследован еше вс в полной мерв. Однако некоторые опытные данные по плсношой и капельной конденсацип неподвижного пара поаволиют считать, что при полной кондецсацив с достаточнон дла практики точностью коэффициент теплоатдачи может быть рвсгчгп аи по формулам дла супюго насыщенного пара. При этом вместо г в формулы подставляется г„.г. Конденсация влажного пара. Если пар авлястса влажным, то чисть влаги будет выпадать вместе с канденсирующимси паром.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
