41146

Применение теории пленочной конденсации в инженерных расчетах

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Он представляет собой отношение теплоты конденсации к теплоте переохлаждения конденсатной пленки в диапазоне изменения температур от температуры насыщения до температуры стенки. В этом случае возникает значительный конвективный перенос тепла вдоль пленки и к тому же необходимо учитывать силы инерции. Кроме того при достаточно большой протяженности поверхности конденсации на ней возникает режим течения пленки отличный от чисто ламинарного режима.е возникают так называемые волновые режимы течения пленки что приводит к существенному...

Русский

2013-10-23

225 KB

12 чел.

PAGE  25

Лекция 3. Применение теории пленочной        конденсации в инженерных расчетах

Как уже отмечалось, приведенные выше теоретические зависимости были получены Нуссельтом в 1916 г. В данном разделе мы продолжим рассмотрение этих зависимостей в плане границ их применимости и поправок, которые необходимо вводить в эти зависимости при проведении инженерных расчетов.

Уравнение (13-24) для горизонтальной трубы отличается от уравнения (13-19) для вертикальной стенки:

- величиной множителя перед корнем;

- определяющим размером (в случае горизонтальной трубы он равен ее наружному диаметру, в случае вертикальной стенки - высоте стенки).

Т.е. если сравнить зависимости (13-19)  и (13-24) для вертикальной стенки и горизонтальной трубы, то можно записать общую зависимость  

,                                        (13-25)

где - определяющий размер.

При этом для вертикальный стенки

     с = 0,943; =,

а для горизонтальной трубы

     с =  0,728; =.

Если в качестве определяемого числа подобия принять

=    (см. 13.6),

то после умножения левой и правой части уравнения (13-25) на  окончательно получим

         ,                                                                    (13-26)

где

    ,                                                                               (13-27)

          -     критерий Галилея.                                    (13-28)

Критерий Галилея учитывает соотношение между силами тяжести и вязкости в изотермическом потоке жидкости. В случае неизотермического потока жидкости этот критерий трансформируется в критерий Грасгофа.

К – критерий фазового перехода, введенный впервые С.С. Кутателадзе. Он представляет собой отношение теплоты конденсации к теплоте переохлаждения конденсатной пленки в диапазоне изменения температур от температуры насыщения до температуры стенки.

    К.                                                                       (13-29)

На основе опытных исследований установлено, что силами инерции в конденсатной пленке и конвективным переносом теплоты в ней можно пренебречь при условии К > 5 и при этом  .

Из этого следует, что теория пленочной конденсации Нуссельта не может быть использована:

При давлениях, близких к Ркр.

Действительно, если Р Pкр, то , а ср сильно возрастает, как вытекает из (13-29) величина К может оказаться меньше 5 (К < 5);

При конденсации паров жидких металлов, для которых      Pr ≈ 1. В этом случае возникает значительный конвективный перенос тепла вдоль пленки и, к тому же, необходимо учитывать силы инерции.

Кроме того, при достаточно большой протяженности поверхности конденсации на ней возникает режим течения пленки, отличный от чисто ламинарного режима. Т.е возникают так называемые волновые режимы течения пленки, что приводит к существенному повышению интенсивности теплоотдачи.

Для учета указанного фактора, а также для учета переменности физических свойств конденсатной пленки при инженерных расчетах пользуются такой методикой.

Для расчета средних коэффициентов теплоотдачи при конденсации практически неподвижного чистого пара на вертикальной поверхности используется формула

              .                                (13-30)

Здесь - средний коэффициент теплоотдачи, вычисляемый по теории Нуссельта, при отнесении теплофизических свойств конденсатной пленки к температуре насыщения;

          - температурная поправка, учитывающая зависимость теплофизических свойств  конденсатной пленки от температуры;

          - волновая поправка, учитывающая влияние сил инерции и конвективного переноса тепла.     

Указанные поправки определяются на основе опытных данных. Температурная поправка определяется по такой эмпирической формуле

           =.                                                   (13-31)

Индексы «с» и «н» означают, что коэффициент теплопроводности () и коэффициент динамической вязкости () определяются либо по температуре стенки, либо по температуре насыщения.

Формула справедлива в интервале

           ;   .

Для волновой поправки имеется такое простое эмпирическое соотношение

          .                                                            (13-32)

Здесь комплекс Re вычисляется для самого нижнего сечения конденсатной пленки.

Поправки () и () введем в теоретическую формулу (13-26) для определения Re. При этом в случае вертикальной стенки получим

      =;

    = ;

     = ().

Принимая , окончательно получим

= ;                                                  (13-33)

       ,        .

Выражение (13-33) – это инженерная формула, которая используется для расчета при пленочной конденсации сухого насыщенного пара на вертикальной поверхности (вертикальной стенке, трубе) в случае ламинарного режима течения пленка.

Опыты показывают, что на горизонтальной поверхности (горизонтальной трубе) волновые режимы течения не возникают. Поэтому при введении поправки  в формулу (13-26) для горизонтальной трубы получим:

= ;                                                               (13-34)

        ,        .

Только для горизонтальных труб достаточно большого диаметра, d >, необходимо учитывать волновой режим стекания пленки.

Вопросы по разделу 13.3.

«Применение теории пленочной конденсации в инженерных расчетах».

Привести общую зависимость, описывающую средний  коэффициент теплоотдачи, как для вертикальной стенки,  так и для горизонтальной трубы в соответствии с теорией  пленочной конденсации Нуссельта.

Привести в безразмерной форме зависимость, описывающую теплоотдачу, как для вертикальной стенки, так и для горизонтальной трубы в соответствии с теорией  пленочной конденсации Нуссельта.

Объяснить физический смысл чисел подобия, входящих в зависимость, описывающую процесс пленочной конденсации (числа Re, критерия фазового перехода K и числа Ga).

При каких условиях теория пленочной конденсации Нуссельта не может быть использована?

Какие поправки необходимо ввести при инженерных расчетах в выражение, описывающее средний коэффициент теплоотдачи при конденсации практически неподвижного пара на вертикальной  поверхности?

Привести эмпирические зависимости для температурной () и волновой () поправок, которые используются при инженерных расчетах пленочной конденсации сухого насыщенного пара на вертикальной стенке.

Привести в безразмерной форме выражение, используемое в инженерных расчетах теплоотдачи при пленочной конденсации сухого насыщенного пара на вертикальной стенке.

Привести в безразмерной форме выражение, используемое в инженерных расчетах теплоотдачи при пленочной конденсации сухого насыщенного пара на горизонтальной трубе.

13.4 Расчет теплоотдачи при турбулентном течении конденсатной пленки

Турбулентный режим стекания пленки возникает только на вертикальной поверхности, обладающей достаточно большой протяженностью. Это связано с тем, что по направлению стекания конденсата увеличивается его массовый расход и соответственно скорость стекания конденсата. Это приводит к тому, что число Re достигает критического значения, что обуславливает смену режима стекания пленки конденсата. При этом изменяются и закономерности теплоотдачи.    

хкр - продольная координата, соответствующая смене режима течения. На верхней части вертикальной стенки режим течения ламинарный, а на нижний – турбулентный. Если рассматривать в целом поверхность теплообмена, то на ней существует смешанный режим течения конденсатной пленки. При этом средний коэффициент теплоотдачи определяется следующим образом:

,                                            (13-35)

где:

- высота стенки;

- средний коэффициент теплоотдачи в области ламинарного течения;

- средний коэффициент теплоотдачи в области турбулентного стекания - пленки.

Формула (13-35) представляет собой по существу осреднение по поверхности.

Эмпирическое уравнение для расчета средней теплоотдачи на вертикальной стенке при смешанном режиме стекания конденсатной пленки имеет вид

 ;                    (13-36)

;.

Для расчета теплоотдачи необходим, прежде всего, установить режим стекания конденсатной пленки. При этом использовать комплекс Re =  неудобно, поскольку он содержит искомую величину . Гораздо удобнее использовать комплекс . Принимая в (13-33)     = 1, запишем:

= .

Получим, что

.

Если в это соотношение подставить Re= Reкр= 400, то получим

= 2300.

Если <, то на всей поверхности стенки режим стекания конденсатной пленки ламинарный и расчеты ведутся по уравнению (13-33).

Если  >, то на всей поверхности стенки имеет место смешанный режим течения и расчеты необходимо проводить по уравнению (13-36). Отметим, что если в (13-36) принять  

== 2300, то получим  = 400.

Вопросы по разделу 13. 4.

«Расчет теплоотдачи при турбулентном течении конденсатной пленки».

1. При каких условиях возникает турбулентный режим течения конденсатной пленки?

2. Привести график характера изменения коэффициента теплоотдачи по высоте конденсатной пленки при смешанном режиме ее течения.

3. Привести эмпирическое уравнение для расчета средней теплоотдачи при смешанном режиме стекания конденсатной пленки.

4. Каким критерием пользуются на практике для определения режима течения конденсатной пленки? Каково критическое значение данного критерия и на основании, какого уравнения оно может быть получено?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40315. Терапия аффективных расстройств 30 KB
  Предпочтительным является назначение антидепрессантов второго поколения атипичных антидепрессантов в психотропном спектре которых сочетается отчетливо транквилизирующее или стимулирующее действие с тимолептическим. При появлении тенденции к затяжному течению депрессии для интенсификации терапии используются метод внутривенного капельного введения амитриптилина лудиомила сочетание антидепрессантов с иглорефлексотерапией и методом кратковременного акупунктурного воздействия. Желаемый терапевтический эффект достигается как правило при...
40316. Терапия шизофрении 30 KB
  При непрерывном течении: назначают высокие дозы нейролептиков с выраженным общим антипсихотическим топрал триседил галоперидол и избирательным антибредовым или антигаллюцинаторным стелазин этаперазин действием. Нейролептики с выраженным общим седативным влиянием хлорпромазин галоперидол. Назначают умеренные а подчас и малые суточные дозы указанных препаратов хлорпромазин по 50 200 мг в день галоперидол 5 10 мг сут. В случаях когда галлюцинаторнобредовые расстройства определяются механизмами аутохтонного развития...
40317. Транквилизаторы 27 KB
  Основные группы транквилизаторов по химической структуре: 1) производные глицерола (мепробамат); 2) производные бензодиазепина (элениум, диазепам, лоразепам, феназепам, клоназепам, альпразолам и многие другие); 3) производные триметоксибензойной кислоты (триоксазин); 4) производные азапирона (буспирон)
40318. Трудовая экспертиза 31.5 KB
  Так I группа инвалидности устанавливается при наличии социальной недостаточности требующей социальной защиты и помощи вследствие нарушения здоровья со стойким значительно выраженным расстройством функций организма обусловленным заболеванием последствием травм и дефектами приводящими к резко выраженному ограничению одной из следующих категорий жизнедеятельности или их сочетанию: способности к самообслуживанию III степени; способности к передвижению III степени; способности к ориентации III степени; способности к общению III...
40319. Основные группы олигофрении 50.5 KB
  Большинство исследователей дают цифры распространенности олигофрении в популяции от 02 до 3. Основные группы олигофрении 1. Недифференцированные формы с невыясненной этиологией составляют 65 всех случаев олигофрении. Большая часть олигофрении обусловлена поражением мозга во внутриутробном периоде.
40320. Цикотимия, дистимия 28.5 KB
  Возможны особенно на начальных этапах заболевания ипохондрические и соматизированные циклотимические фазы по типу маскированных депрессий. Дебют заболевания обычно приходится на зрелый возраст но аффективные расстройства могут впервые появляться как в юности так и в позднем возрасте. Аффективные фазы как правило разделены ремиссиями сопровождающимися на первых этапах заболевания полной редукцией психопатологических расстройств интермиссии. В некоторых случаях прослеживается сезонность чаще весенние и осенние обострения заболевания.
40321. Чмт в остром периоде 36 KB
  Сразу вслед за получением травмы у детей развивается угнетение сознания вплоть до комы которая может длиться 30 сут и более а последующий вегетативный статус до 180 дней. Не всегда соблюдается описанная для взрослых последовательность стадий восстановления сознания: понимание речи может проявиться до открывания глаз и фиксации взора. Синдромы помрачения сознания более элементарны и в их структуре часто отмечаются различные виды возбуждения: двигательное у детей до 3 лет громкий плач повторение отдельных слов в 4 7летнем возрасте...
40322. ШИЗОФРЕНИЯ 35.5 KB
  Больные становятся неряшливыми нечистоплотными. Прежде всего страдает логическая связь между мыслями больные склонны к символизму неологизмам резонерству бесплодным рассуждениям. Начинается с того что больные забрасывают все свои дела ни за что не могут приняться никак не могут собраться чтонибудь делать. в тяжелых случаях больные не моются испражняются где попало мочатся под себя целые дни валяются или сидят в одной позе.
40323. Экзогенные психиатрические заболевания 33.5 KB
  Сифилитическая этиология прогрессивного паралича доказана обнаружением бледных трепонем в мозге больных. Патогенез прогрессивного паралича как и других форм нейросифилиса во многом еще не выяснен. но решающее значение указанных факторов для развития прогрессивного паралича не подтвердилось. Разнообразные клинические в частности психопатологические проявления прогрессивного паралича группируются обычно по стадиям заболевания в которых они наблюдаются и отдельным клиническим формам.