Тепломассообмен методичка. Тепломассообмен Методические материалы для студентов Направление подготовки Теплоэнергетика и теплотехника Профиль Энергообеспечение предприятий Составитель доцент кафедры Энергетики и электротехнологии Артамонова Л.
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
Тема 5. Теплообмен при фазовых превращениях Теплообмен при изменении агрегатного состояния. Теплообмен при конденсации чистых паров. Теплообмен при кипении жидкостей. Влияние различных факторов на теплообмен при конденсации. Основные формулы для решения практических задач Конденсация неподвижного пара При ламинарном течении пленки конденсата в условиях   и  средний по высоте коэффициент теплоотдачи для вертикальной поверхности высотой Н определяется формулой приведенная длина  здесь  – поправка на переменность физических свойств конденсата;  и  – теплопроводность и динамическая вязкость конденсата, определяются по средней температуре  стенки;  , ,  , , – соответственно теплопроводность, динамическая и кинематическая вязкости, плотности и массовая теплоемкость конденсата, определяются по температуре насыщения  ;  – плотность насыщенного пара и теплота парообразования при  – ускорение свободного падения.Для случая конденсации водяного пара формулы могут быть преобразованы для удобства пользования:   где Dи А выбираются из справочника по .Средний по окружности горизонтальной трубы коэффициент теплоотдачи (труба с наружным диаметром d,ламинарный режим –  ) Обозначения те же, что для формулы (8.1). Формула применяется при  ,где σ – коэффициент поверхностного натяжения.Для случая конденсации водяного параформула может быть преобразована:  где М выбирается из справочника по .При Z>2300 на вертикальных поверхностях наблюдается комбинированноетечение пленки конденсата: на начальном участке – ламинарное течение, а далее – турбулентное. Переход ламинарного режима в турбулентный происходит на высоте Нкр от верхней кромки стекающей конденсатной пленки  Для случая конденсации водяного пара формула может быть преобразована:  где А выбирается из справочника по ts. При комбинированномтечении пленки конденсата на вертикальной поверхности средний по высоте Н коэффициент теплоотдачи  где  – значения чисел Прандтля для конденсата, определяются соответственно по температурам tsи . Если обозначить  , то для расчета конденсации водяного пара Е можно выбрать из справочника по ts.Количество пара G, кг/с, конденсирующегося на поверхности F, м2, трубы, находится из формулы теплового баланса  Толщина пленки конденсата  и местный коэффициент теплоотдачи ахна расстоянии х от верхнего конца вертикальной поверхности при ламинарном режиме течения конденсата определяются по формулам  где  – теплопроводность, динамическая вязкость и плотность конденсата, определяются по температуре   – теплота парообразования, определяется по температуре ts.Конденсация движущегося пара. Паровой поток, движущийся относительно стенки, оказывает динамическое воздействие на пленку конденсата, что вызывает изменение коэффициента теплоотдачи. Влияние скорости ωп набегающего потока насыщенного пара следует учитывать при  и  .Горизонтальный цилиндрс наружным диаметром dомывается поперечным потоком пара, конденсирующегося на внешней поверхности цилиндра; при этом   где  ,  – теплопроводность и кинематическая вязкость конденсата, определяются по  Формула используется при   Пучок горизонтальных трубомывается движущимся сверху вниз поперечным потоком насыщенного пара; методика приближенного расчета включает определение следующих величин: 1) коэффициента теплоотдачи  на первом  где  – средний коэффициент теплоотдачи при конденсации неподвижного пара, определяется по формуле (8.5);  – плотность пара и конденсата при температуре  – скорость пара в узком сечении горизонтального ряда труб; d – наружный диаметр труб; – теплопроводность конденсата при .Формула применяется для водяного пара при  , давлении от 0,032·105 до 0,89·105 Па, числе Рейнольдса  от 46 до 864 и объемном содержании воздуха в паре до 0,017%;2) расхода пара на 1 м длины трубы первого ряда  где  – скорость пара перед первым рядом труб;  – плотность пара, находится по  – поперечный шаг труб;3) количества пара, сконденсировавшегося на 1 м длины трубы первого ряда в секунду,  где – теплота парообразования при ts;4) расхода пара на 1 м длины трубы второго ряда  5) скорости пара ω2перед трубами второго ряда с учетом частичной конденсации пара на трубах первого ряда и равенства площади поверхности теплоотдачи на всех рядах пучка  .6) коэффициента теплоотдачи  на трубах второго ряда, который находится с учетом влияния скорости пара, исходя из формулы: 7) количества пара  , сконденсировавшегося на 1 м длины трубы второго ряда в секунду, 8) поправки на снижение теплоотдачи из-за натекания конденсата сверху на трубу второго ряда  где  – суммарное количество конденсата, стекающего по трубе i-го ряда;  – количество конденсата, образующегося на трубе i-ro ряда; n – количество рядов труб по высоте коридорного пучка или половина рядов труб шахматного пучка.Для примера эта поправка для трубы второго ряда:  9) действительного коэффициента теплоотдачи на трубе второго ряда  .Расчет продолжается для остальных рядов пучка подобным же образом. Для всего пучка средний коэффициент теплоотдачи  где F– общая площадь поверхности трубного пучка; Fi – площадь поверхности i-ro ряда труб. При одинаковой поверхности теплообмена в каждом из п рядов пучка средний коэффициент теплоотдачи пучка  Пузырьковое кипение в большом объеме. Для пузырькового кипения в условиях естественной конвекции в качестве определяющей принимают температуру насыщения .Теплоотдача рассчитывается для следующих двух случаев:1) задана тепловая нагрузка  Вт/м2. при   при  2) задан температурный напор   при   при  здесь     где – теплота парообразования, Дж/кг; Ts – температура насыщения, K;  –теплопроводность, кинематическая вязкость, температуропроводность, удельная теплоемкость и поверхностное натяжение жидкости;  и – плотность жидкости и пара.Формулы пригодны при условии  ;  ; давление  ,  Для воды значения  приведены в справочнике. Средний коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении воды где  – давление насыщения, МПа; q – плотность теплового потока, Вт/м2; формула применима при  Первая критическая плотность теплового потока при пузырьковом сипении чистых неметаллических жидкостей на горизонтальных трубах и плитах  Пузырьковое кипение в трубах при вынужденной конвекции. При объемном паросодержании до 70 % теплоотдача при кипении характеризуется как конвекцией однофазной среды, так и процессом парообразования (двухфазное состояние). При малых тепловых нагрузках большее влияние оказывает конвекция однофазной жидкости, при больших — парообразование. Коэффициент теплоотдачи  при вынужденном течении кипящей жидкости в трубах можно определить следующим образом: если  , то  где  – коэффициент теплоотдачи однофазной жидкости при турбулентном режиме течения;  – коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении.если  , то  если  , то  Для воды формулы пригодны при давлении р=0,02 - 20 МПа и объемном паросодержании  Пленочное кипение в большом объеме. Коэффициент теплоотдачи определяется из формулы  где    Значения  и  определяются следующим образом: для вертикальной поверхности   определяющая температура ;для горизонтальной плоской поверхности  , если  и  если  ;определяющая температура  для боковой поверхности горизонтальной круглой трубы с наружным диаметром d   определяющая температура  |