Теплопередача. Учебник для вузов. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел, 1975 (945106), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Полученные формулы достаточао слозкны, таь как прихопится учитывать то обстоятшп ство, что конденсат течет как вдоль трубы, так и по ее окружности. При атом режимы течения пара и коиленсзта на различных участках трубы могут быть иеодииа- 282 ковыми. В то же время отсутствуют данные лля определения границ участков с разлвчпымн режпмамк течения пленки. Все этн особенности процесса существенно затрулпяют получение точных завнснмостей. тзьк таплоовыан пен ппеночноя нондянслцни двнжицягося пала н* гоензонтлльных одиночных таунах н пэчках геэв В 4 12-2 была рассмотрена тсплоотдача при конденсация неподвижного пара на наружной поверхности одиночной горизонтальной трубы.
Для промышленной практики важны ланные о теплоотлаче при конденсация движущегося пара. Как показывают теоретические и эксперимевтальные исслелованпя, при двкжущемСя паре тедлоотдача горизонтальной трубы изменяется. В опытах (Л. 8) насыщенный пар протекал сверху вниз и поперечным потоком омывал горизонтальную трубу.
Некоторые результаты опытов представлены на рис. 12-Н в вале эавнснмосги и!пь †-((Йоь йт). Злссь о в опытный коэффициент теплостдачи при конпенсации лвкжущегося пара; оь †коэффицие ~еплоатдачи, вычноаенный па формуле Нуссельта (12-24) для неподвижно~о пара; )(с †-- уыт)т, где ы — срелняя скорость пара в суженном сечении канала; г( — наружный дкаметр трубы. Как следует нз рнс. !2-11, теплоотдача увеличивается 1ю мере увеличения числа Ве . Опыты 12!. 8) проводились прн Р = (0032 .
098)10т Па; и =026 —: 17,6 и/с; й! 0,6 —:!2 К; ((е 46-:864 н среднем объемном содержания воздуха в паре от 0,008 ло 0,0172г. В резуль~ате обобщения опытных данных (Л. 8) была получена формула лли среднего коэффнцнента теплоотдачи: (12-32! Физкческне параметры конденсата, входящие в эту формулу, выби-' раются по температуре насыщения. Из последнего уравнения следует, что прв движущемся паре кгвффнцкент теплоотдачи слабее зависит от температурного напора, чем прн неподвижном: при веволвкжном паре и Ьт-км, прн двнжущемся (12-33) Кондепсацяониые апвараты, как правила, имеют не олпу трубку. а пучок труб.
Трубы в пучке обычно размещаются в шахматной нли ьорндорном порялке (см. Рнс. 9-8). Процессы кандевсацнн па паружнотт поВерхности опкночнай горизонтальной трубы и таких же труб, но собранных в пучок, различны. В случае чистого пара различие обусловлено двумя факторами: уменьшением скорости пара прн его двкжонви в пучке нз-за частичнОй конденсат!нн н увеличением толщины канденсатной пленки аа счет послелонатгльнога стеканкя конденсата с трубки на трубку. Уменьгпенкс скорости пара по мере его продвижения через пучок приводит к последовательному уменьшению тсплоотдачк прн возрастания номера ряла. К такому же эффекту приводит к сток конденсата 283 т,г Рнс.
12-11. Эаенсныость тэтснтеаьнсго нсаффнанента тенасстдачн а/пь адина аней парню тельной трубы ст ьным Рейнслдщ пара нря р=й,б 16 Па (12 34) здесь и — средней коэффициент теплоотпачи и-га ряда, приведенный к скорости пара и ~емпературному напору в первом ряду труб: аг— средний коэффициент теплаотлачи первого ряда (Л. 19Ц. Если трубный пучок имеет одннаконое сечение по всей его высоте н оар в нем течет сверху вниз, то теплоотдачу можно Я рассчитать, испальзуи формулы (12-32) п ! ~== ††††-+ (12-34).
Расчет угложняется тем, что коэффициснт теплоотдачи для каждого горизонтального ряда труб зависит от местных Рнс. Вэ1а течение конденсата значений температурного напора, давления н нучне юрюентааьныт труб. 234 с верхних труб на нижние. Олнэко сток конденсата в горизонтальном пучке имеет отличие от стока па непрерывной вертикальной стенке. Конденсат стекает с трубки не в виде сплошной пленки, а отдельными каплями нлн струйками (рис.
12-12). Капле,попадая на пилсележашую трубку, с однОй стОроны, временно утолщают пленку в ыесге т,а .=-( — (- падения, растекаясь затем по ее понерхногтн, с друтой— ьс б. возмущают течение пленки, что ' 3 ' 3, ' 32 может способствовать понвлеге иию волнового или даже тур- булентного режима движения. 22 Места отрыва и падения капель вес время перемещаются вдоль трубки. Это перемещение усилизастоя, если трубка имеет котя бы небольшой наклон. В этом случае волнообразная струя кон- , Ш денсата передвигается вдоль р ма аю гаа ьм гги ггэ юа ли нижней части трубки.
Такой «арактер стекания конденсата приводит к тому, что некоторое увеличение термичеасого сопротивления за счет утолщения слоя конденсата в значительной часта компенсируется возникающими при стоке возмущениями. Влияние конденсата, натекающего сверху на двинуто трубку, может быть учтено параметром ~ —, где ~~ 6г — суммарное количество конке и, Д) с„ т=! =3 деисата, стекающего по трубе и-га ряда; 6 †количест конденсата, обрааующегося на рассматриваемой трубе (ь=-и) (Л. 87). Здесь и— число рядов труб по высоте коридорного пучка или пююнина числа рядов труб по высоте шахматного пучка.
Опытным путем получено: и скорости пара, законы изменения которых па рядам ааранее неизвестны. Теплоотдачу при зтам следует рассчитывать последовательно длк каждого ряда труб в отдельности, начиная от первого со стороны входа пара. Намеченный путь расчета теплоотдачн пучна очень трудоемок. Расчет можно существенно облегчить, если ввести некоторые упрощающие предположения, позволяющие получить приближенную формулу цля среднего коэффициента теплоотдачи с паровой сторонм. Полагая, что температурный напор и давление пара пе изменяются по высоте трубного пучка, н (Л.
7] получили следующую приближенную формулу для определегшк среднего для всего пучка ноэффипнсата тсплоотдачи а г О.В4 112 %) Тл "я В формуле (12-33) аг/ап — относительный коэффициент теплоогдачи первого ряда, зычисляеь ый по уравнению (12-32); л — числа ряхэа труб по высоте коридорного пучка вли половина числа рядов труб по высоте шахматного пучка; е= (Π†, )/6„ †степе конденсации нара; здесь бж и В„п †массов расходы пара на входе и па выходе на пучка. с-з.шплооамшг пзм кэпкпьмом кондвгсзции пазк Капельнэя конденсация имеет место, если конденсат ие смачивает поверхность теплообмена.
В этом случае поверхность покрыта отдельными каплями. Скоростггзя киносъемка с увеличением через микроскоп показывает, по малые капли растут очень бистро, затем скорость раста становится незначительной. Па мере роста капли непрерывно слвваюгся, освобождая какую-то часть поверхности стенки. За счет многократного слияния и непрерывно идущего процесса конденсапии капли увеличивая'тся до отрывного размера,при кгпором онн скатываются под действием силы тях<есги (или срываются движущимся паром, если скорость последнего велика).
Как следует из изложенного, капелькая конденсация, строго говоря, нвляетсн нестэционарным процессом. Однако, если осредненные во времени характериСтики процесса ие изменяются, то такой процессможпо рассматривать как стационарный. При первичном соприкосновеяии пара с оголенной поверхностью стенки образуется адсорбцианный слой; быстро идущий процесс конденсации приводит к образованию полимолскулярной жидкой пленки. Пока пленка очень тонка, оиа ааходишя в силовом молекулнрном поле смежных фаз (твердой степки и пара), в результате чего приобретает особые свойства, отличные от свойств этой же жидкости в большак объеме (вдали от границы раздела фаз).
Такую пленку будем называть т он ко й. Ее толщина составляет доли микрона. В общем случае толщина пленки неодинакова по поверхности и соизмерима или меныпс высоты выступов естественной шероховатости твердого тела. Тонкая пленка находится под избыточным давлением, кгпорое называется расклиннвающим (Л.
32). Расклинивающее давление об- 283 ратно пропорциональцо примерно кубу толгцины пленки: П вЂ” ба При несмачивании действие рзсклинивающего давления проявляется в том, что поверхности тонкой пленки притягиваются друг к другу. причем тем в бгшьшей степени, чем тоньше пленка, Такому расклиниваюшему давлению приписывают знак минус. Локальное утонение пленки (например, на выступе стенки, в результате местных дефектов пгрукгуры твердого тела.
изменения лиофобиости, меньшей местной скорости конденсации и т. и.) приводит к увеличению расгшипиваюШего давления в этом месте па сравнению с саселними. В результате жидкость бьютро вытесняется на смежные участки, где н образуются пер. вичаые капли, размеры ноторых болише эффективного радиуса дебетная межмолекулярвых сил (Л. 161). При положительном расклинэваюшем давлении (ылтэлкнвании повсрхносчей» тонкой пленки) имеет месте пленочная конденсация (образуется толстая пленка); говорят, что поверхность тела смачивается данкой жидкостью.
Поскольку при интенсивной капельной конденсации акты обрааоаання вервичвых капель непрерывно происходят ва оголившейся поверхности степан, можно полагать. «то в среднем на сгенке существует тонкая и толстая (капли) пленка. Одновременное существование тоикой пленки и видимых капель слепует представлять только в динамике. Таким образом, роль эффектов капиллярности второго рода (тонких пленок) важна для процессов образованна зародышевых (первичных) капель. В крупных каплях эффекты напиллнрнпсти второго рода могут проявляться только у «ория капли (на тройной границе пар— жидкость — стенка).
Известно, что равновесное давление насыШенного пара над вы. пуклой поверхностью раздела фаз больше, чем над плоской. Конденсация пара на сферической капле с радиуызм Й, завешенной в паре, может происходить только при условии, что Й))1, где йг, — критический (минимально возможный) радиус кривизны поверхности раздела фаз. В случае тонкой сферичесиой пленки необходимо учитывать и влияние ее толщины. Разность давлений в тонком сферическом слое конденсата и в паре при учете капиллярных эффектов первого и второго рода может быть описана уравнением др=р„р.= - — и; ъ (12-36) здесь и — коэффициент поверхностного натязкения на границе жидкость — пар; )г — радиус слоя.
Соответственно критичесное переохлаждение пара й р в случае сферических пленок Описывается уравнением тт пг йГ,= — ф — —. чы ° пы Первый член правой части уравнения учитывает капиллярные эффекты перина рода (поверхностное натяжение), второй — расклинивающее давлеииз. Если сушсствуюшее переохлажденце пара йу боль- 286 ше расчетного ЬТ„, конденсация термодинамически жюможна (адесь ЬТ=҄— Т, где Т„н Т вЂ” соогветстненно абсолютные температуры насыщенного пара при заданном давлении н температура слоя жидко.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
