1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 47

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

Текст из файла (страница 47)

При таком комплексном процессе, соединяющем в себе явления переноса теплоты и вещества в движущейся среде, возникают дополнительные эффекты, отсутствующие при раздельном их протекании. Совместные процессы оказываются вследствие это~о взаимосвязанными. Существенным для рассматриваемой задачи является еще тот факт, что твердая стенка, непроницаемая для инертного компонента парогазовой смеси, служит поверхностью стоков для кондецсирующейся фазы. Вследствие наличия градиента концентраций возникает перенос массы путем диффузии в направлении, перпендикулярном поверхности раздела фаз. Этот диффузионный поток активного вещества должен сопровождаться встречной диффузией инертного компонента, Но, с другой стороны.

очевидно, что в силу отмеченного свойства полупроницаемости теплообменной поверхности реальное существование прн стационарных условиях постоянного видимого потока инертного компонента в направ. >в' 243 ленин нормали к поверхности является невозможным. Эти два взаимно противоположных требования удовлетворяк>тся благодаря тому, что возникает дополнительный конвектнвный поток смеси, направленный навстречу диффузионному потоку инертного компонента и компенсирующий его (эффект Стефана). Нейтрализуя диффузионный перенос инертного газа, поток смеси увеличивает перенос пара по сравнению со случаем, когда имек>т место только молекулярная и турбулентная диффузия.

Система диффузионных уравнений и граничные условия для рассматриваемого случая должны, следовательно, учитывать наличие поперечного потока активного компонента смеси, а также наличие потока Стефана. Попытка найти строгое аналитическое решение наталкивается иа непреодолимые трудности Вместе с тем для ряда практически важных задач получено хорошее приближение. Так, С. С.

Кутателадзе и А. И. Леонтьев 15.121 провели теоретяческий анализ процесса, н котором применили приближенные методы расчета трения, тепло- и массообмена, основанные на использовашш интегральных соотношений импульсов, энергии и диффузии. Применительно к рассматриваемому явлепшо тепломассоперепоса эффективными являются методы обобщенного анализа, применение которых позволяс! даже н наиболее сложных случаях обнаружить и представить в явной форме связи. скрытые в уравпе!йгях Конкретная форма этой связи, представленная уравнениями подобия, устанавливаетсн опытным путем.

Л Д. Берман, анализируя систему дифференциальных уравнений процесса на базе физических представлений, предложил систему чисел подобия, позволнюшую обобщить эксперимснтальныс данные для процессов тепломассоотдачн ат парогазовой смеси к поверхности конденсации [5.111; В общем случае количестнепная мера результирующего эффекта одновременно протекающих процессов тепло- и массаобмена прв конденсации пара пз парогазовой смеси может быть выра>кена в виде условного суммарного коэффициента теплоотдачп, опредслясмого нз равснгтва -! — / р Рнг — =)Хгйл "'+., +г,,+гнз, (5ЗО) где и — коэффициент теплоотдачи; вг — коэффициент массоотлачи, отнесенный к градиенту парцнальпых давлений; г — теплота фазового перехода; р — парциальпое давление; й! — термическое сопротивление; индексы: см — смесь; ст — стеяка, п — пар; гр — на грани.

це раздела фаз; к — копвектпвпое; пл — пленка конденсата. Так как при конденсации водяного пара теплота фазового перехода значительно превьппает количество теплоты, переданной конвенцией от смеси к поверхности раздела фаз, то ия можно пренебречь. Кроме того, можно пренебречь также терчическгги сопротивлением й'„р, так как добавление в пар инертного газа существенно понижает роль сопротивления на граннце раздела фаз. 244 Особого внимания заслуживает оценка термического сопротивления пленки конденсата /г „. Вопрос, очевидно, не возникает, когда разделение фаз происходит с отсосом образующегося конденсата через пористую стенку Обычно м<е определение перепада температуры в пленке конденсата требует проведения большого числа трудоемкихопытов при конденсации движущегося чистого пара.

Однако, как показали визуальные наблюдения авто. ров, из парогазовой смеси с параметрами, какие обычно имеют место на выходе из ТЭ, осуществляется капельная конденсация, в связи с чем парциальное давление пара у поверхностн раздела фаз можно определить по температуре степки.

Таким образом, анализ зависимости (5.30) показывает, что с точки зрения инженерной прак тики для обоб1цеппя опытных данных по тепло- и массо- обмену прн конденсации пара в присутствии некондепспрующегося газа в теплообмепных аппаратах ЭХГ достаточно знать закономерности изменения коэффициента массоотдачи и соответственно диффузионного числ. Нуссельта. Получение искомой зависимости для коэффициента массоотдачн облегчается, если проводить обобщение экспериментальных данных по рекомендации Л Д. Бермана в относительной форме, используя в качестве лгасштабных множителей диффузионное и тепловое числа Нуссельта, Тогда практически независимо от режима течения можно представить в относительной форме и прн условии гян/кр — /4п//тг — — 1 с У!>етом ТРойггой аналогии Ь1ц !'!цл (' гг,г! ) (5.31) где пк — — Лр/р — безразмерная разность парциальных давлений; Лр — разность парциальных давлений активного компонента; р -- давление смеси.

В выражепнтг (5.31) 1чц и г(цп — тепловое и,чиффузионное числа Нуссельта с учетом поперечного потока массы; В(цо и 1чцпо — тепловое и диффузионное числа Нуссельта для данных условий при исчезающе малом влиянии поперечного потока — масштабные множители. Масштабные мно>кмтели отражают влияние особенностей гидродинамической обстановки (формы поверхности и условий се обтекания), Ыцо и аппо определяются в условиях полной аналогии, что позволяет определить 245 их по имеющимся в литературе данным для теплообмена при отсутствии массообмепа илп же при малой его интенсивности. е,р — объемное содержание газа у стенки; Б, — объемное содержание газа в основнои массе парогазовой смеси Соотношения Кутателадзе--Леонтьева и Бермана позволяют значительно сократить число необходимых опытов, решать широкий круг задач с учетом поперечного потока вещества, установить границы аналогии тепло- и массообмена и прн принятых допущениях хорошо согласуются между собой.

Ин Мир [[[о б б о — у а — г [Ц-1 л б ч г [б-г г 10 14 б б[а' г ч б б[оу г "[цл Рис. 5. [6. Зависимость комплекса — гя от 411ня. Ыоло [5.24[; Р— но ураененннн У вЂ” данные работы [5.25[; 2 — данные работы Л. Ц Бермана. Опытпыс данные работы !5.14] были получены в основном па паровоздушной смеси, яме[ошей различные параметры по давлению, температуре, ко[щентрации воздуха при поперечном обтекании одиночного цилвндра ()ге=230- -2500), турбулентном течении внутри трубы и гравитационно-вязкостном режиме течения в гидродинамическом начальном участке круглой горизонтальной трубы На рис, 5.15 в качестве примера представлена обобщенная зависимость, полученная цри конденсации водя- 246 шио пара нз движущейся паровоздушной смеси прн поперечном обтекании одиночной тр!бкп и на вертикальной плоской пластине при турбулентном движении смеси внутри прямоугольного канала.

Опытные данные удовлетворительно обобщаются уравнениями, полученными на базе уравнения подобия )Л)цл')Л)цло'= 0 71а. " пР'4 0 1 ас ~ ~ ![ )л[ц [(л(ц =- 0,7!а олк "' прн ас!и ) 1. (5.33) Кроме аналитических рсшепяй задач тепломассообмена и зависимостей, полученных на основании физических представлений о процессе, можно отметить эффективный метод численного решения системы уравнений пограничного слоя, предложенный С. В, Патанкером н Л.

Ь. Сполдннгом (5.!3). Метод Патанкера — Сполдинга позволяет решать пространственные задачи совместного тепломассообмена конечно-разностным методом с использованием ломаных профилей; независимой переменной поперек слоя при этом служит безразмерная функция тока. Перейдем теперь к рассмотренщо задачи массообмена в-конденсаторах ЭХГ. Почти все опытные данные по конденсации пара в присутствии неконденснрующегося газа получены на паровоздушной смеси нли смеси с другими тяжелыми газами, и пр[именение рекомендованной обобщенной зависимости для случая конденсации из пароводородной смеси без соответствующей эксперил[ентальной проверки является некорректным, так как сведения о влиянии рода газа на интенсивность рассматриваемого процесса весьма разноречивы. Реальные скорости пароводородпой смеси в конденсаторах ЭХГ (Ке<400) значительно отличаются от имевших место в опытах большинства исследователей (Ке>1000).

Кроме того, в некоторых ЭХГ применяются малогабаритные теплообменники, процессы в которых проходят при гндродинамическн и термически нестабилнзированном течения смеси. В литературе практически отсутствуют рекомендации по методике их расчета. Такого рода теплообменные аппараты для ЭХГ исследованы авторами. Конденсация осуществлялась на продольно обтекаемых трубках с наружным диаметром 3 и длиной !25 мм, расположенных в два ряда по 17 штук, 247 4- а,з ' 7>571 Б:5>БМБ' 1 З Чйг Рис 817, Опытные данные по копвективиому теплообмеву.

1(пб — — 0,048 Рсва зРгеза. (5.34) По аналогии с уравнением (5.34) для диффузионного числа Нуссельта запишем й/ива=0,048Ке'зР гпб зз (5.35) 7 Б 5 т з Р,Б >сага>; > Б аа 757 Рис. б 18. ОбобщеннаЯ зависимость 14ив /(ме, Ргв, /1в/кг).

7 — данаые авторов; т — данные рабаты 15ЛГП 3 — данные рабаты 15зб1; данные работы 15.771; Π— воздух; Π— аргон; л — водород; т- — гелий. 258 — разделенных перегородкой — 7'-111 и заключенных в узкий пря- 1 ~! ~! .. моугольный кожух. При конденсации пара из парогазовых смесей с ' Т' большим объемным содержанием газа (е,)0,85), которое, как правило, имеет место в теплообменниках ЭХГ, можно считать справедливой приближенную аналогию между тепло- и массообменом, н для ег/пв~ )2,5 при условии /сп//с,= =! спРаведливо соотношение Хцэ/Хпгы-1.

ДлЯ выявления величины Хппб — — /(Рсе, Ргэ), определяемой по аналогии между раздельно протекающими процессами тепло- и массообмена, были проведены опыты по кон: вективному теплообмену на воздухе. Опытные данные, представленные па рис. 5.17, в диапазоне чисел Рейнольдса Ке=25 —:-350 обобщены уравнением подобия С целью определения возможности применения зави- симости (5 35) в расчетах конденсации паров воды нз смесей с легкнмп и тяжелыми газами были проведены четыре серии опытов (воздух, ар~он, водород и гелий>).

Характеристики

Список файлов книги