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

27 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

62001. Hippocrates – «The Father of Medicine» 72.24 KB
  Цели занятия: Дидактические: изучить новые лексические единицы по теме и применять их при чтении текста о выдающимся греческом ученом Гиппократе; развивать навыки аудирования и монологического высказывания диалогической речи...
62006. Джаз – искусство XX века 25.64 KB
  Познакомить учащихся с истоками джазовой музыки (спиричуэл, блюз), со стилем “джаз”; историей возникновения этого музыкального направления; с характерными особенностями стиля; со знаменитыми исполнителями джазовой музыки...
62007. Категории человеческого бытия 45.79 KB
  Категории человеческого бытия Основные категории бытия человека определяющие его жизнь это прежде всего свобода смысл жизни творчество любовь счастье вера смерть. Любовь Любовь самый верный свидетель моего существования.
62008. Как быть успешным? 44.43 KB
  Have you made up your mind yet? Will you be so kind as to share your choices with us? (Students’ answers) Well, I see most of you are quite self-confident, and those who doubt a bit, don’t worry, be happy, I’m sure our today’s talk will blow over all your doubts.
62009. Единицы измерения информации. 6 класс 77.99 KB
  Цели урока: Обобщить знания учащихся о представлении информации в памяти компьютера; Дать представление о единицах измерения информации; Воспитать интерес к уроку. Основные понятия: Бит; Байт; Килобайт; Мегабайт; Гигабайт; ЦОР: Видеоурок Единицы измерения информации...