41158

Влияние отдельных факторов на интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации пара

Лекция

Физика

Влияние отдельных факторов на интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации пара. Влияние перегрева пара Конденсация перегретого пара будет иметь место если температура поверхности стенки меньше температуры насыщения. При этом в случае конденсации перегретого пара его температура у стенки постоянно снижается и конденсируется по существу насыщенный пар. В случае конденсации одного килограмма перегретого пара к стенке отводится теплота равная 1337...

Русский

2013-10-23

431.5 KB

25 чел.

Лекция 4. Влияние отдельных факторов на интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации пара.

4.1. Влияние перегрева пара

Конденсация перегретого пара будет иметь место, если температура поверхности стенки  меньше температуры насыщения. Если же    tc > tн, то конденсация отсутствует и с происходит конвективный тепло  обмен однофазной жидкостью (паром) и стенкой.

При этом в случае конденсации перегретого пара  его температура у стенки постоянно снижается и конденсируется по существу насыщенный пар. Теплота перегрева отдается поверхности конденсата обычным конвективным путем. Таким образом, перегретый пар, конденсируясь, передает конденсату теплоту фазового перехода и теплоту перегрева.

В случае конденсации одного килограмма  перегретого пара к стенке отводится теплота равная

,                                         (13-37)

где  r - удельная теплота конденсации пара;

     h пп- энтальпия перегретого пара;

    - энтальпия сухого насыщенного пара.

Опыты показывают, что для расчета теплоотдачи при конденсации  перегретого пара можно использовать те же формулы, что и для сухого насыщенного пара, подставляя в них вместо (r)  величину  (rпер), определенную по формуле (13-37). При этом в качестве температурного напора  принимается величина     Δt = tн - tс.

4.2. Влияние влажности пара

Влажность пара оказывает отрицательное влияние на интенсивность теплоотдачи  при конденсации пара, т.к. влага, выпадая на стенку, утолщает конденсатную пленку.

Согласно опытным данным, влиянием  влажности можно пренебречь при массовой доле влаги меньше 10-20% (или, что тоже самое, при стенки сухости х > 0,8). В этом случае  можно пользоваться зависимостями для сухого насыщенного пара.

Следует заметить, что в конденсаторах паротурбинных установок обеспечивается степень сухости х > 0,8, т.к. в противном случае наблюдается эрозия поверхностей лопаток.       

4.3. Влияние состояния поверхности.

При конденсации на шероховатых или окисленных поверхностях коэффициент теплоотдачи уменьшается, т.к. из-за сопротивления течению увеличивается толщина пленки конденсата. Кроме того, окисные пленки создают дополнительное  термическое сопротивление ввиду их очень низкого коэффициента теплопроводности.

4.4. Влияние содержания неконденсирующихся газов (конденсация из парогазовой смеси).

Обычно речь идет о  наличии в паре примеси воздуха. При наличии в паре неконденсирующихся газов теплоотдача существенно снижается по сравнению с конденсацией чистого пара.

Это обуславливается двумя факторами:

1. При конденсации пара из парогазовой смеси у поверхности раздела фаз образуется слой, обогащенный газом (воздухом), что препятствует поступлению пара  к  поверхности раздела фаз.

2. При конденсации из парогазовой смеси уменьшается величина температурного напора по  сравнению с конденсацией чистого пара.

Последний фактор рассмотрим подробнее. По закону Дальтона давление парогазовой смеси

   

,

где - парциальное давление пара;

     - парциальное давление воздуха.

Давление парогазовой смеси в объеме постоянно. Т.к. на стенке происходит  конденсация, то вблизи конденсатной пленки  парциальное давление пара снижается.

Если конденсируется чистый пар, то на поверхности конденсатной пленки устанавливается температура насыщения , соответствующая давлению парогазовой смеси Р.

Величина температурного напора при конденсации чистого пара равна . При конденсации из парогазовой смеси на поверхности  пленки устанавливается температура насыщения, соответствующая парциальному давлению пара - . При конденсации из парогазовой смеси температурный напор

.

Т.к. (< ), то (< ) и, соответственно,>.     

Опыты показывают, что наличие примесей газов в паре (в частности, воздуха) очень снижает интенсивность теплоотдачи. Так, если в водяном паре содержится всего 1% воздуха (по массе), то это приводит  к снижению интенсивности теплоотдачи по сравнению с чистым паром на (60%). В связи  с этим при эксплуатации конденсатора необходимо большое внимание  уделять удалению воздуха из парового пространства.   

4.5. Влияние скорости и направления течения пара.

При конденсации из потока пара необходимо учитывать влияние на теплоотдачу сил трения на поверхности раздела фаз.

Опыты показывают, что если () < 1, то влияние указанных сил трения незначительно, и теплоотдачу при конденсации из потока пара можно рассчитывать по формулам для неподвижного пара. В противном случае необходимо учитывать направление течения пара и его скорость.

Если пар течет сверху вниз (т.е. направление течения пара совпадает с направлением стекания пленки, это так называемое спутное движение), то под воздействием силы трения на поверхности раздела фаз:

- ускоряется стекание конденсатной пленки;

- толщина и, соответственно, термическое сопротивление пленки падает, что способствует интенсификации теплоотдачи.

Если же пар течет  снизу вверх (т.е. направление движения пара  противоположно течению конденсата, так называемое встречное движение, то при невысоких скоростях пара течение пленки замедляется, а при высоких - ускоряется.

Действительно, в случае встречного движения, при небольших скоростях пара пленка конденсата тормозится, толщина ее увеличивается, возникает волновой режим, и коэффициент теплоотдачи уменьшается.

При дальнейшем увеличении скорости пара сила трения на поверхности раздела фаз возрастает и увлекает пленку вверх, толщина ее уменьшается, и коэффициент теплоотдачи снова увеличивается.

На рисунке α и αN средние коэффициенты теплоотдачи для движущегося и неподвижного пара соответственно.

Рассмотрим далее несколько подробнее ситуацию конденсации пара на круглой горизонтальной трубе при спутном движении пара (т.е. при движении пара сверху вниз). В этом случае

Здесь α и αN описаны выше; Reп - это число Re для потока  пара;   Δt - температурный напор,  = tп - tc.

Как видно из графика, при увеличении Reп независимо от величины Δt теплоотдача возрастает, что соответствует проведенному анализу. При фиксированном значении числа Reп, теплоотдача возрастает с увеличением Δt. Для рассматриваемой ситуации средний коэффициент теплоотдачи по поверхности горизонтальной трубы можно рассчитать при помощи такого эмпирического соотношения

            (13-38)

,        

;           

Последнее уравнение  проверено экспериментально для интервалов величин

Reп = 46 - 864;

Δt = 0,6  ÷ 12 0С

Р = (0,032 ÷ 0,98) Па;

W = 0,26 ÷ 17,6 м/с.

4.6. Влияние компоновки поверхности нагрева

Конденсационные аппараты обычно выполняются в виде трубных пучков. Размещение труб в этих пучках может быть как горизонтальным, так и вертикальным.

Установим, как изменяются закономерности теплоотдачи в зависимости от расположения труб. Вначале сравним процессы теплоотдачи для одиночных горизонтальных и вертикальных труб. Пусть ,  - средние коэффициенты теплоотдачи на поверхности горизонтальной и вертикальной трубы при прочих равных условиях. Если исходить из теории пленочной конденсации Нуссельта, то можно записать

                                      (13-39)

Т.к.  h>>d, то > .

Таким образом, теплоотдача при конденсации на горизонтальной трубе выше, чем конденсация на вертикальной трубе. Например, если   h = 1м, а d = 20 мм, то по (13-39)

.

Такое различие в коэффициентах теплоотдачи объясняется тем, что в силу большой протяженности вертикальной поверхности средняя толщина конденсатной пленки больше, чем для условий конденсации на горизонтальной трубе.

Для того, чтобы приблизить значения коэффициента теплоотдачи на вертикальной трубе к его значению на горизонтальной трубе на вертикальной трубе устанавливаются конденсатоотводные диски.

Шаг расположения дисков S выбирается из того условия, чтобы коэффициенты теплоотдачи на вертикальной и горизонтальной трубе были одинаковыми

.

Очевидно, что результаты исследований процессов конденсации для одиночных труб (вертикальных и горизонтальных) нельзя переносить на трубные пучки.

Так, отличия процессов конденсации в горизонтальном трубном пучке и на одиночной трубе заключаются в следующем:

1. Во-первых, по направлению движения пара от верхнего ряда трубного пучка скорость пара уменьшается вследствие конденсации пара на вышерасположенных рядах труб.                     

2. Во-вторых, имеет место утолщение конденсатной пленки за счет стекания конденсата с вышележащих рядов труб на нижележащие.

Оба этих фактора способствуют снижению теплоотдачи по направлению от верхнего ряда к нижележащим рядам пучка.

Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи в определенном ряду пучка можно использовать такую эмпирическую формулу

,    (13-40)

- средний коэффициент теплоотдачи для первого ряда трубного пучка; его можно рассчитывать по уравнению (13-38).

αn - средний коэффициент теплоотдачи для n-ного ряда пучка. Здесь под n понимается количество рядов по высоте коридорного пучка или же половину числа рядов по высоте шахматного пучка.

- массовый расход конденсата, образовавшегося на трубке (n -го) ряда.  

- суммарный расход конденсата, стекающего по трубкам (n -го) ряда.

Использование зависимости (13-40) затруднено тем, что по направлению стекания конденсата изменяется скорость пара, его давление и величина температурного напора. Указанные величины заранее неизвестны и ими приходится задаваться, а затем уточнять в процессе расчета.

Если принять, что указанные величины не изменяются по высоте пучка, то средний коэффициент теплоотдачи для пучка в целом, может быть рассчитан по такой приближенной формуле

              ,                                       (13-41)

где  - степень конденсации;

, - массовые расходы пара на входе и выходе из пучка.

Вопросы по разделу «Влияние отдельных факторов на интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации пара»

Какая формула используется для расчета конденсации перегретого пара?

При каких значениях массовой доли влаги влиянием влажного пара на интенсивность теплоотдачи при конденсации пара можно пренебречь?

Каким образом влияет состояние поверхности на теплоотдачу при конденсации?

Какими двумя факторами обуславливается снижение интенсивности теплоотдачи в случае конденсации из парогазовой смеси?

На какую величину снижается интенсивность теплоотдачи при наличии 1% воздуха (по массе) в водяном паре при конденсации, данной парогазовой смеси?

Как влияет направление течения пара на интенсивностьь теплоотдачи при конденсации?

Привести зависимость, определяющую средний коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на круглой одиночной горизонтальной трубе при спутном движении пара?

Как зависит средний коэффициент теплоотдачи от числа Ren для пара и температурного напора Δt при конденсации пара на круглой одиночной горизонтальной трубе при спутном движении пара?

Сравнить коэффициенты теплоотдачи для одиночной горизонтальной и вертикальной труб исходя из теории пленочной конденсации Нуссельта?

Для чего и как используются конденсатоотводящие диски?

В чем состоят основные отличия процессов конденсации в горизонтальном трубном пучке и на одиночной трубе?

Привести зависимость для расчета среднего коэффициента теплоотдачи в определенном ряду горизонтального пучка труб.

Привести зависимость, определяющую средний коэффициент теплоотдачи для трубного пучка в целом при конденсации пара.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21025. Контур «Бухгалтерский учет» Теоретические положения 253.5 KB
  Теоретические положения Прайслисты удобно использовать в бизнеспроцессах операций сбыта для определения отпускной цены. В прайслисты включаютсятовары или услуги описанные в каталоге МЦ или каталоге услуг. Каждый товар либо услуга могут быть представлены в нескольких прайслистах причем иметь в них разные цены. Для формирования прайслиста подадим команды Управление сбытом Прайслисты Формирование рис.
21026. Контур «Бухгалтерский учет» Финансово-расчетные операции (ФРО 1.36 MB
  С другой стороны при формировании документов в каждом из этих модулей можно вызвать для выполнения Типовые хозяйственные операции ТХО настройка которых выполняется в том числе и в модуле ХозОперации.2 ТХО можно выполнить только войдя непосредственно в модуль ХозОперации. В данном разделе рассматриваются вопросы относящиеся к ТХО. В этом случае необходимы три ТХО.
21027. ЗНАКОМСТВО С ERP СИСТЕМОЙ «ГАЛАКТИКА» 605.5 KB
  После запуска системы Галактика на экране отображается Главное меню системы фрагмент Главного меню показан на рис. Панель главного окна системы Для запуска модуля достаточно щелкнуть мышью по соответствующей кнопке Главного меню. Кнопки Главного меню снабжены всплывающими подсказками которые появляются при установке указателя мыши на кнопку меню. Для перемещения панели Главного меню необходимо установить указатель мыши на логотип корпорации Галактика в левом верхнем углу панели нажать левую кнопку мыши и удерживая ее переместить...
21028. ЗНАКОМСТВО С СИСТЕМОЙ АДМИНИСТРИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА «ГАЛАКТИКА» «SUPPORT» 257.5 KB
  Модуль Консоль администратора является интсрументом администраторов системы и доступен только администраторам. Модуль предназначен для интерактивного мониторинга и администрирования лицензий пользователями контуров и компонентов системы Галактика ERP. Консоль администратора позволяет: Регистрировать пользователей систем Регистрировать группы пользователей систем Регистрировать системы в которых осуществляется администрирование использования лицензий пользователями Отслеживать захват лицензий каждым пользователем определить сколько...
21029. Модуль логистики и управления системой «ГАЛАКТИКА ERP» 39 KB
  Сделать это можно из главного меню программы пролистав до самого конца или из открывшегося окна перейдя следующим образом: меню Сервис – Главное меню – Остальное – Остальное – Настройка. Путь от главного меню: Настройка – Заполнение каталогов – Организации и банки. Введите группы контрагентов которые необходимы вашей организации функция локального меню Создать группу организаций CtrlF7. Для этого установите курсор на необходимую группу и вызовите функцию локального меню Добавить организацию в текущую группу.
21030. Модуль настройки системы «Галактика ERP» Настройка общесистемных каталогов 173.5 KB
  Настройка осуществляется в модуле Настройка. Настройка общесистемных каталогов Каталог сотрудников предприятия Для того чтобы перейти в к настройке этого каталога необходимо зайти в модуль Заработная плата. Настройка каталога материальноответственных лиц Для настройки этого каталога необходимо перейти в модуль Настройка. Далее переходим по меню следующим образом: Настройка – Заполнение каталогов – Материальноответственные лицаМОЛ.
21031. Модуль настройки системы «Галактика ERP» Настройка каталогов материальных ценностей (МЦ) 215 KB
  Настройка осуществляется в модуле Настройка. Настройка общесистемных каталогов Настройка каталогов материальных ценностей МЦ В каталоге МЦ содержатся сведения обо всех товарноматериальных ценностях ТМЦ проходящих через организацию. Путь от главного меню: Настройка =Настройка= Настройка. Заполнение каталога МЦ Путь от главного меню: Настройка =Настройка= Заполнение каталогов – МЦ – Каталог МЦ.
21032. Модуль настройки системы «Галактика ERP» Настройка системы под пользователя и организацию 163 KB
  В этой части будет рассмотрена общая настройка системы Галактика ERP. Настройка осуществляется в модуле Настройка. Настройка системы под пользователя и организацию Команды для перехода к настройке параметров системы: Настройка =Настройка= Настройка Настройка рис. Ниже приводятся команды путь от Главного меню и значения некоторых важных параметров настройки системы: Настройка =Настройка= Настройка – Настройки Галактики Оперативный контур.
21033. Контур «Логистика» 1.62 MB
  При начальном знакомстве с работой модуля используются главным образом первые два пункта Документы рис. 1 и Операции рис. Рис. Рис.