Инженерные расчёты теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики
Реферат
УДК 621.436
Курсовая работа содержит 122 страниц, 93 графиков, 38 таблицы.
Теплопроводность, мощность теплового потока, плотность теплового потока, теплообмен, коэффициент теплоотдачи, конвекция, теплопередача, турбулентный и ламинарный потоки, плёночная конденсация, пузырьковое кипение.
Объектами исследования являются процессы нестационарной теплопроводности тел, передача теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки, пузырьковое кипение жидкости в трубе, плёночная конденсация пара в трубе.
Цель работы углубление и закрепление знаний по разделу «Тепломассообмен» и приобретение практических навыков инженерных расчётов теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики.
Курсовая работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2002.
Содержание
Введение...........................................……………………………..………………4
1 Нестационарная теплопроводность тел
1.1Расчёт…….………..............................................………………………………5
1.2Выводы…..............................................……………………………..………..14
2 Передача теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки
2.1Расчёт…….........................................……………………………..…………..15
2.2Выводы……………...………………………………………………………...26
3 Конвективный теплообмен при плёночной конденсации пара
3.1Расчёт…….………..............................................……………………………..49
3.2Выводы…..............................................……………………………..………..80 Заключение……………………………………………………………………...121
Библиографическийсписок…………………………………………………….122
Введение
Совершенно очевидным является положение, что использование теплоты лежит в основе современных технологий в любой сфере человеческой деятельности. Теплота это великий дар природы и естественно желание научиться разумно его применять, понять основные закономерности, управляющие процессами получения, переноса и использования теплоты.
Тепломассообмен это наука, изучающая процессы распространения тпла и передачи массы вещества в пространство, имеющее непосредственную физическую связь с теплообменом. Явление тепломассообмена распространено в природе и в технике. Например, расчёт и конструирование теплообменных установок в теплоэнергетике, расчёт тепловых двигателей, атомных реакторов, холодильных устройств. Тепломассообмен вместе с технической термодинамикой составляют теоретические основы теплотехники, являющиеся основой знаний инженеров теплоэнергетиков. При соприкосновении двух тел с разными температурами происходит обмен энергиями, в результате интенсивность движения частиц с меньшей температурой увеличивается, а с большей уменьшается. Значит для возникновения процесса теплообмена необходимо наличие разности температур. Если нет разности, нет и теплообмена.
В этой работе будут рассмотрены процессы нестационарной теплопроводности тел, передачи теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки, пузырькового кипения жидкости в трубе, плёночной конденсации пара в трубе. Все эти процессы имеют практическое применение в технике, в котельных установках, поэтому знание и умение их рассчитывать необходимо каждому теплоэнергетику.
1. Нестационарная теплопроводность тел
Исследовать нагревание железобетонной плиты размерами в процессе ее термической обработки. Определить распределение температур и расход теплоты на единицу ее объема по истечении времени в зависимости от интенсивности теплообмена между греющей средой и поверхностью плиты. Железобетонная плита выполнена из материала с теплофизическими свойствами , с, .
В начале термической обработки температура во всех точках плиты была одинакова и равна tН. В процессе нагрева плиты температура греющей среды (водяного пара) поддерживалась постоянной и равна t0. Обогрев плиты симметричный. Время нагрева (полное) определить исходя из условия, что температура на поверхности плиты равна tс. Скорость движения пара относительно плиты w.
Таблица 1.1 Исходные данные
Номер варианта |
Размер плиты S-b-l, м |
Начальная температура плиты tН, оС |
Температура поверхности плиты tC,0С |
Температура насыщенного пара t0, оС |
Теплофизические свойства плиты |
Скорость потока воздуха w, м/с |
||
Плотность , кг/м3 |
Коэф. теплопроводности , Вт/мК |
Теплоёмкость С, Дж/кг с |
||||||
8 |
0.4*1.4*6.0 |
20 |
95 |
120 150 |
2200 |
1.41 |
834 |
5 10 15 20 25 |
1.1 Определение критерия Био
Определим критерий Bi. Для этого найдем критерий Рейнольдса Re, критерий Нуссельта Nu и коэффициент теплоотдачи .
Критерий Рейнольдса Re находим по формуле:
, (1.1)
где w скорость потока воздуха, м/с;
l высота плоской стенки, м;
м2/с коэффициент кинематической вязкости при t=120°C
м2/с коэффициент кинематической вязкости при t=150°C.
Средний критерий Нуссельта находим по формуле:
, (1.2)
где критерий Рейнольдса;
=1,09 - критерий Прандтля при t=120°C;
=1,16 - критерий Прандтля при t=150°C;
=0,684 - критерий Прандтля.
Средний коэффициент теплоотдачи от потока пара к поверхности плоской стенки находим по формуле, Вт/(м2·К):
, (1.3)
где средний критерий Нуссельта;
=2,593·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности при t=120°C;
=2,884·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности при t=150°C;
l длина ребра, м.
Сведём расчеты в таблицу.
Таблица 1.2 Расчёт Re, и
w |
tП =120оС |
tП=150оС |
||||
Re · 106 |
, Вт/(м2·К) |
Re · 106 |
·104, |
, Вт/(м2·К) |
||
5 |
2.61 |
5878.10 |
25.403 |
5.50 |
1.113 |
53.418 |
10 |
5.23 |
10234.37 |
44.229 |
11.00 |
1.934 |
93.007 |
15 |
7.85 |
14155.79 |
61.176 |
16.51 |
2.676 |
128.644 |
20 |
10.47 |
17819.07 |
77.008 |
22.01 |
3.368 |
161.935 |
25 |
13.08 |
21301.64 |
92.058 |
27.52 |
4.027 |
193.583 |
Рассчитываем критерий Био по формуле:
(1.4)
где средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);
S толщина плиты, м.
коэффициент теплопроводности материала плиты, Вт/(м·К).
Таблица 1.3 Расчёт критерия Био Bi
w |
Bi |
|
tП =120оС |
tП =150 оС |
|
5 |
3.603 |
7.577 |
10 |
6.273 |
13.192 |
15 |
8.677 |
18.247 |
20 |
10.923 |
22.969 |
25 |
13.057 |
27.458 |
1.2 Расчёт времени нагрева и критерия Фурье Fo
Исходя из критерия Био, находим значения i из трансцендентального уравнения (2.5).
. (1.5)
Таблица 1.4 Расчет i
tП, оС |
Bi |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
120 |
3,603 |
1,239479 |
3,888884 |
6,772161 |
9,777846 |
12,83996 |
6,273 |
1,357677 |
4,130169 |
6,9924 |
9,985715 |
13,01553 |
|
8,677 |
1,409744 |
4,256372 |
7,163847 |
10,13295 |
13,14965 |
|
10,923 |
1,439737 |
4,334619 |
7,26694 |
10,24233 |
13,2556 |
|
13,057 |
1,4289 |
4,3058 |
7,2281 |
10,2003 |
13,2142 |
|
150 |
7,577 |
1,389438 |
4,205651 |
7,101068 |
10,06985 |
13,09104 |
13,192 |
1,460535 |
4,391077 |
7,345904 |
10,33119 |
13,34599 |
|
18,247 |
1,489357 |
4,472041 |
7,465625 |
10,47449 |
13,5002 |
|
22,969 |
1,505354 |
4,518169 |
7,536929 |
10,5645 |
13,60252 |
|
27,458 |
1,515655 |
4,54823 |
7,584483 |
10,62633 |
13,6751 |
Из уравнения (2.6) находим время нагрева и критерий Фурье Fo:
, (1.6)
где - температура на поверхности плиты, , оС;
при tП = 120 оС: оС,
при tП = 150 оС: оС;
- начальный температурный напор, , оС;
при tП = 120 оС: оС,
при tП = 150 оС: оС;
Fo критерий Фурье:
(1.7)
где - коэффициент температуропроводности:
(1.8)
Сведём расчёты в таблицу.
Таблица 1.5 - Расчет времени и критерия Фурье Fo
w, м/с |
tП = 120 оС |
tП = 150 оС |
||
Fo |
, с |
Fo |
, с |
|
5 |
0.307732 |
16196.42 |
0.017835 |
938.6708 |
10 |
0.106724 |
5617.052 |
0.004835 |
254.4644 |
15 |
0.055591 |
2925.818 |
0.000581 |
30.58334 |
20 |
0.035247 |
1855.117 |
- |
- |
25 |
0.041995 |
2210.239 |
- |
- |
1.3 Расчёт температурного поля
Рассчитываем температурное поле:
; (1.9)
. (1.10)
Таблица 1.6 - Расчет tХ
tП, оС |
w, м/с |
tХ, оС |
||||
х= 0 % |
х=25% |
х = 50% |
х =75% |
х = 100% |
||
120 |
5 |
56,673 |
54,106 |
46,63 |
34,91 |
20 |
10 |
81,744 |
77,743 |
65,688 |
45,9 |
20 |
|
15 |
94,407 |
92,826 |
84,718 |
61,77 |
20 |
|
20 |
95,02 |
94,974 |
94,13 |
80,619 |
20 |
|
25 |
95,346 |
94,768 |
94,865 |
90,211 |
20 |
|
150 |
5 |
125 |
124,923 |
123,177 |
107,34 |
50 |
10 |
125,491 |
124,665 |
124,838 |
122,787 |
50 |
|
15 |
130,398 |
120,513 |
126,3 |
132,047 |
50 |
|
20 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
25 |
- |
- |
- |
- |
- |
1.4 Расчёт количества тепла , подведённого к единице площади поверхности за время с обеих сторон плиты
Количество тепла , подведённое к единице площади поверхности за время с обеих сторон плиты, кДж/м2:
; (1.11)
где количество тепла, подведённое через единицу площади поверхности при её нагреве от начальной температуры до температуры, равной температуре потока пара, кДж/м2:
, (1.12)
где плотность плиты, кг/м3;
с теплоёмкость плиты, Дж/м·К;
, оС;
при tП = 120 оС: оС;
при tП = 150 оС: оС.
Таблица 1.7 Расчёт количество тепла
w |
, МДж/м2 |
|
tП =120оС |
tП =150 оС |
|
5 |
76,6 |
17,04 |
10 |
4,5 |
7,2 |
15 |
3,2 |
1,1 |
20 |
2,5 |
- |
25 |
2,8 |
- |
Рисунок 1.3 температурное поле при 120 С
Рисунок 1.4 температурное поле при 150 С
Вывод: В ходе решения этой задачи я выяснил, что чем больше температура насыщенного пара, тем меньше время процесса нагрева и меньше критерий Фурье. Из графиков зависимости распределения температуры от скорости движения пара видно, что с увеличением скорости движения пара равномерность прогрева уменьшается, а коэффициент теплоотдачи увеличивается, то есть успевают прогреваться поверхностные слои плиты. В этой задаче мы показали, что изменение температуры по сечению плиты зависит от критерия Био; также мы определили расход теплоты на единицу объема плиты и выяснили, что чем больше скорость потока воздуха, тем больше расход теплоты.
2 Передача теплоты через оребренную поверхность плоской стенки
Задание. Исследовать эффективность оребрения поверхности плоской стенки в зависимости от высоты ребра h и теплопроводных свойств его материала при граничных условиях третьего ряда.
Плоская стенка с размерами по высоте 800 мм и ширине 1000 мм оребрена продольными ребрами прямоугольного сечения. По ширине стенки размещено 50 ребер. Для оптимального размера ребра выполнить расчеты распределения температуры, определить плотность теплового потока, передаваемого ребром, оценить вклад отвода теплоты к окружающему воздуху оребренной поверхностью стенки по сравнению с неоребренной. Данные к заданию приведены в табл. 2.1
Таблица 2.1
Вариант |
Размеры ребра, мм |
Температура, оС |
Скорость движения воздуха, w, м/с |
||
высота h |
толщина |
окружающего воздуха tв |
у основания ребра t0 |
||
8 |
10, 20, 30, 40, 50 |
3,0 |
30 |
110 |
2, 6, 12, 20 |
В условиях стационарной теплопроводности ребра третьего рода распределение температуры в нем для одномерной задачи описывается дифференциальным уравнением:
, (1)
где = t tж разность между текущей температурой на поверхности ребра и температурой на поверхности ребра и температурой окружающей среды;
m параметр ребра, 1/м
, (2)
где u =2(+l) периметр ребра;
коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/мК;
f площадь сечения ребра, м2;
коэффициент теплообмена между поверхностью ребра и воздухом, Вт/м2К.
Для данной задачи имеем:
= 370 Вт/м·К коэффициент теплопроводности для меди;
= 100 Вт/м·К коэффициент теплопроводности для латуни;
= 46 Вт/м·К коэффициент теплопроводности для стали.
Параметр рассчитаем по следующей формуле:
, (3)
где =2,67·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воздуха при заданной температуре.
Для нахождения коэффициента теплоотдачи воздуха нам нужно вычислить :
1) критерий Рейнольдса
, (4)
где l высота плиты, т.к. нагретый воздух поднимается снизу вверх вдоль рёбер
коэффициент кинематической вязкости, равный 15,0610-6 м2/с.
2) критерий Нуссельта для вынужденной конвекции
, (5)
где =0,703 - критерий Прандтля;
=0,684 - критерий Прандтля.
3) критерий Грасгофа для случая естественной конвекции
, (6)
где =1/273 температурный коэффициент объёмного расширения воздуха
h высота стенки
4) критерий Нуссельта для случая естественной конвекции
(7)
при
Таблица 2.2 Полученные значения коэффициентов
w |
Re |
Nu |
|
0 |
0 |
230,9254237 |
7,707136017 |
2 |
106241,6999 |
336,0495578 |
11,21565399 |
6 |
318725,0996 |
809,2828406 |
27,00981481 |
12 |
637450,1992 |
1409,043266 |
47,02681899 |
20 |
1062416,999 |
2120,329366 |
70,7659926 |
Таблица 2.3 Значения параметра m
w |
m стали |
m меди |
m латуни |
0 |
18,316979 |
6,458503691 |
12,4231799 |
2 |
22,096305 |
7,79108068 |
14,98644291 |
6 |
34,290052 |
12,09055407 |
23,2566451 |
12 |
45,245996 |
15,95358174 |
30,68732719 |
20 |
55,503408 |
19,57030985 |
37,64424261 |
Теперь можно найти температурный напор по высоте ребра по формуле:
(8)
где 0 температурный напор у основания ребра
Преобразовав полученные значения температурного напора в изменение температуры по высоте ребра, получим значения, представленные в таблице.
Таблица 2.4 Значение температуры ребра 0,01 м
X |
t, C, при w=0 м/с |
t, C, при w=2 м/с |
t, C, при w=6 м/с |
t, C, при w=12 м/с |
t, C, при w=20 м/с |
Сталь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0025 |
109,203 |
108,846 |
107,288 |
105,419 |
103,339 |
0,005 |
108,634 |
108,024 |
105,365 |
102,187 |
98,671 |
0,0075 |
108,294 |
107,532 |
104,217 |
100,265 |
95,905 |
0,01 |
108,180 |
107,368 |
103,835 |
99,627 |
94,989 |
Медь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0025 |
109,900 |
109,854 |
109,650 |
109,393 |
109,091 |
0,005 |
109,828 |
109,750 |
109,400 |
108,961 |
108,444 |
0,0075 |
109,785 |
109,688 |
109,251 |
108,701 |
108,056 |
0,01 |
108,892 |
108,609 |
107,575 |
106,491 |
105,350 |
Латунь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0025 |
109,631 |
109,464 |
108,724 |
107,810 |
106,759 |
0,005 |
109,367 |
109,082 |
107,816 |
106,255 |
104,465 |
0,0075 |
109,209 |
108,853 |
107,272 |
105,326 |
103,096 |
0,01 |
109,157 |
108,776 |
107,091 |
105,016 |
102,641 |
Таблица 2.5 Значение температуры ребра 0,02 м
X |
t, C, при w=0 м/с |
t, C, при w=2 м/с |
t, C, при w=6 м/с |
t, C, при w=12 м/с |
t, C, при w=20 м/с |
Сталь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,005 |
106,923 |
105,615 |
100,339 |
94,789 |
89,401 |
0,01 |
104,743 |
102,521 |
93,635 |
84,451 |
75,731 |
0,015 |
103,442 |
100,680 |
89,689 |
78,453 |
67,931 |
0,02 |
103,010 |
100,068 |
88,387 |
76,487 |
65,396 |
Медь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,005 |
109,601 |
109,421 |
108,623 |
107,639 |
106,510 |
0,01 |
109,316 |
109,008 |
107,643 |
105,963 |
104,041 |
0,015 |
109,146 |
108,760 |
107,056 |
104,962 |
102,569 |
0,02 |
109,089 |
108,678 |
106,861 |
104,629 |
102,080 |
Латунь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,005 |
108,548 |
107,908 |
105,177 |
102,033 |
98,690 |
0,01 |
107,514 |
106,421 |
101,778 |
96,473 |
90,887 |
0,015 |
106,896 |
105,533 |
99,757 |
93,188 |
86,314 |
0,02 |
106,690 |
105,237 |
99,087 |
92,102 |
84,807 |
Таблица 2.6 значение температуры ребра 0,03 м
X |
t, C, при w=0 м/с |
t, C, при w=2 м/с |
t, C, при w=6 м/с |
t, C, при w=12 м/с |
t, C, при w=20 м/с |
Сталь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0075 |
106,923 |
105,615 |
100,339 |
94,789 |
89,401 |
0,015 |
104,743 |
102,521 |
93,635 |
84,451 |
75,731 |
0,0225 |
103,442 |
100,680 |
89,689 |
78,453 |
67,931 |
0,03 |
103,010 |
100,068 |
88,387 |
76,487 |
65,396 |
Медь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0075 |
109,109 |
108,711 |
106,981 |
104,916 |
102,635 |
0,015 |
105,662 |
104,379 |
99,482 |
94,280 |
88,931 |
0,0225 |
108,094 |
108,094 |
103,565 |
99,207 |
94,438 |
0,03 |
107,967 |
107,062 |
103,141 |
98,501 |
93,430 |
Латунь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0075 |
106,820 |
105,472 |
100,051 |
94,379 |
88,897 |
0,015 |
104,569 |
102,279 |
93,154 |
83,779 |
74,928 |
0,0225 |
103,225 |
100,379 |
89,098 |
77,636 |
66,971 |
0,03 |
102,779 |
99,748 |
87,759 |
75,624 |
64,387 |
Таблица 2.7 Значение температуры ребра 0,04 м
X |
t, C, при w=0 м/с |
t, C, при w=2 м/с |
t, C, при w=6 м/с |
t, C, при w=12 м/с |
t, C, при w=20 м/с |
Сталь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,01 |
106,923 |
105,615 |
100,339 |
94,789 |
89,401 |
0,02 |
104,743 |
102,521 |
93,635 |
84,451 |
75,731 |
0,03 |
103,442 |
100,680 |
89,689 |
78,453 |
67,931 |
0,04 |
103,010 |
100,068 |
88,387 |
76,487 |
65,396 |
Медь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,01 |
108,433 |
107,744 |
104,817 |
101,470 |
97,937 |
0,02 |
107,318 |
106,142 |
101,168 |
95,527 |
89,638 |
0,03 |
106,651 |
106,651 |
99,000 |
92,021 |
84,782 |
0,04 |
106,429 |
104,866 |
98,281 |
90,863 |
83,184 |
Латунь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,01 |
104,552 |
102,357 |
94,126 |
86,355 |
79,470 |
0,02 |
100,719 |
97,018 |
83,366 |
70,905 |
60,335 |
0,03 |
98,443 |
93,862 |
77,135 |
62,186 |
49,852 |
0,04 |
97,688 |
92,818 |
75,095 |
59,368 |
46,517 |
Таблица 2.8 Значение температуры ребра 0,05 м
X |
t, C, при w=0 м/с |
t, C, при w=2 м/с |
t, C, при w=6 м/с |
t, C, при w=12 м/с |
t, C, при w=20 м/с |
Сталь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,0125 |
106,923 |
105,615 |
100,339 |
94,789 |
89,401 |
0,025 |
104,743 |
102,521 |
93,635 |
84,451 |
75,731 |
0,0375 |
103,442 |
100,680 |
89,689 |
78,453 |
67,931 |
0,05 |
103,010 |
100,068 |
88,387 |
76,487 |
65,396 |
Медь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,013 |
107,584 |
106,542 |
102,243 |
97,560 |
92,858 |
0,025 |
105,869 |
104,095 |
96,825 |
89,013 |
81,301 |
0,038 |
104,844 |
104,844 |
93,624 |
84,017 |
74,634 |
0,05 |
104,504 |
102,151 |
92,565 |
82,374 |
72,455 |
Латунь |
|||||
0 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
110,000 |
0,013 |
101,863 |
98,779 |
88,025 |
78,796 |
71,145 |
0,025 |
96,187 |
91,035 |
73,541 |
59,329 |
48,336 |
0,038 |
92,836 |
86,495 |
65,316 |
48,699 |
36,428 |
0,05 |
91,728 |
84,999 |
62,650 |
45,324 |
32,737 |
Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, определяется по выражению:
(9)
Таблица 2.9 Тепловой поток, передаваемый через основание ребра
w, м/с |
Q, Вт при h=0,01м |
Q, Вт при h=0,02м |
Q, Вт при h=0,03м |
Q, Вт при h=0,04м |
Q, Вт при h=0,05м |
сталь |
|||||
0 |
13,431634 |
26,0097649 |
37,084867 |
46,3198405 |
53,677167 |
2 |
19,448725 |
37,1414645 |
51,903893 |
63,3584166 |
71,755422 |
6 |
45,814963 |
82,6282018 |
107,35087 |
122,018474 |
130,08878 |
12 |
77,643218 |
131,631324 |
160,4049 |
173,597909 |
179,22789 |
20 |
113,30133 |
180,660377 |
209,15282 |
219,440431 |
222,9383 |
медь |
|||||
0 |
108,03706 |
209,208979 |
298,29133 |
372,57263 |
431,75113 |
2 |
156,4354 |
298,746562 |
417,48783 |
509,622047 |
577,16318 |
6 |
368,51166 |
664,618145 |
863,47436 |
981,452946 |
1046,3663 |
12 |
624,52153 |
1058,77369 |
1290,2134 |
1396,33101 |
1441,6157 |
20 |
911,33682 |
1453,13782 |
1682,3162 |
1765,06434 |
1793,1994 |
латунь |
|||||
0 |
29,199205 |
56,5429672 |
80,619277 |
100,695305 |
116,68949 |
2 |
42,279837 |
80,7423141 |
112,83455 |
137,735688 |
155,99005 |
6 |
99,597745 |
179,626526 |
233,37145 |
265,257553 |
282,8017 |
12 |
168,7896 |
286,155052 |
348,70631 |
377,38676 |
389,62586 |
20 |
246,30725 |
392,73995 |
454,68005 |
477,044415 |
484,64848 |
Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, при абсолютной теплопроводности материала ребра (= ) и при температуре по всей поверхности ребра, равной температуре в его основании, определяется по формуле:
(10)
Таблица 2.10 Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром при абсолютной теплопроводимости материала ребра
w, м/с |
Q, Вт при h=0,01м |
Q, Вт при h=0,02м |
Q, Вт при h=0,03м |
Q, Вт при h=0,04м |
Q, Вт при h=0,05м |
0 |
13,581515 |
27,1630302 |
40,744545 |
54,3260604 |
67,907575 |
2 |
19,764225 |
39,5284509 |
59,292676 |
79,0569019 |
98,821127 |
6 |
47,596696 |
95,1933913 |
142,79009 |
190,386783 |
237,98348 |
12 |
82,87066 |
165,741321 |
248,61198 |
331,482642 |
414,3533 |
20 |
124,70383 |
249,407664 |
374,1115 |
498,815329 |
623,51916 |
Тогда отношение действительного теплового потока к максимальному оценивается коэффициентом эффективности продольного ребра прямоугольного сечения:
(11)
Таблица 2.11 - Коэффициент эффективности ребра
w,м/с |
E, при h=0,01 |
E, при h=0,02 |
E, при h=0,03 |
E, при h=0,04 |
E, при h=0,05 |
сталь |
|||||
0 |
0,9889644 |
0,95754283 |
0,9101799 |
0,85262653 |
0,7904445 |
2 |
0,9840368 |
0,93961346 |
0,8753845 |
0,80142802 |
0,7261142 |
6 |
0,962566 |
0,86800355 |
0,751809 |
0,64089782 |
0,5466295 |
12 |
0,9369205 |
0,79419739 |
0,6452018 |
0,52370136 |
0,4325485 |
20 |
0,9085634 |
0,72435776 |
0,5590655 |
0,43992319 |
0,3575484 |
медь |
|||||
0 |
0,9986119 |
0,99447523 |
0,9876714 |
0,97833173 |
0,966631 |
2 |
0,9979815 |
0,99198438 |
0,982179 |
0,96883628 |
0,9523087 |
6 |
0,9951556 |
0,98095447 |
0,9583367 |
0,92869976 |
0,8936953 |
12 |
0,9916016 |
0,96739169 |
0,9300475 |
0,88324053 |
0,8308319 |
20 |
0,987426 |
0,95188034 |
0,8990036 |
0,83585542 |
0,7689429 |
латунь |
|||||
0 |
0,994887 |
0,97991771 |
0,956135 |
0,92507943 |
0,8885559 |
2 |
0,9925802 |
0,97109255 |
0,9376577 |
0,89524843 |
0,8470914 |
6 |
0,9823526 |
0,93362223 |
0,8641336 |
0,78549356 |
0,706861 |
12 |
0,9697486 |
0,89085473 |
0,7888061 |
0,68582922 |
0,5938405 |
20 |
0,955296 |
0,84590208 |
0,7179397 |
0,60180879 |
0,5072162 |
Эффективность оребрения стенки можно оценить, вычислив вклад отвода теплоты к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой.
Для этого надо сначала найти тепловой поток ребристой стенки:
(12)
После подстановки известных значений можно упростить:
(13)
Тепловой поток, отводимый от неоребрённой стенки можно вычислить по формуле:
(14)
После упрощения получим:
(15)
Тогда коэффициент, учитывающий отношение теплоты, отведённой к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой, вычисляется по формуле:
(16)
Таблица 2.12 - Коэффициент эффективности оребрения плоской стенки
w,м/с |
K, при h=0,01 |
K, при h=0,02 |
K, при h=0,03 |
K, при h=0,04 |
K, при h=0,05 |
Сталь |
|||||
0 |
2,4375025 |
3,83000338 |
5,0561069 |
6,07849309 |
6,8930087 |
2 |
2,4300936 |
3,77608675 |
4,8991535 |
5,77056813 |
6,4093789 |
6 |
2,3978105 |
3,56074379 |
4,3417349 |
4,80508581 |
5,0600275 |
12 |
2,3592502 |
3,33879631 |
3,8608566 |
4,10022707 |
4,202376 |
20 |
2,316613 |
3,12877687 |
3,472317 |
3,59635716 |
3,6385318 |
Медь |
|||||
0 |
2,4520084 |
3,94106528 |
5,4056516 |
6,83452617 |
8,2175645 |
2 |
2,4510606 |
3,93357488 |
5,3808769 |
6,77741736 |
8,1098908 |
6 |
2,4468116 |
3,90040608 |
5,2733302 |
6,53602291 |
7,6692397 |
12 |
2,4414679 |
3,85962053 |
5,1457246 |
6,26261592 |
7,1966383 |
20 |
2,4351895 |
3,81297532 |
5,0056934 |
5,97762603 |
6,7313618 |
латунь |
|||||
0 |
2,4464078 |
3,89728837 |
5,2633985 |
6,51424907 |
7,6306022 |
2 |
2,4429393 |
3,87074964 |
5,1800524 |
6,33483542 |
7,3188761 |
6 |
2,4275613 |
3,75807012 |
4,8484032 |
5,67473294 |
6,2646349 |
12 |
2,4086101 |
3,62946109 |
4,5086196 |
5,07531829 |
5,4149559 |
20 |
2,3868793 |
3,49428096 |
4,1889591 |
4,56999132 |
4,7637217 |
2.2 Выводы
При обтекании плоской стенки потоком воздуха у поверхности стенки образуется гидродинамический пограничный слой. Скорость потока воздуха в этом слое изменяется от 0 до скорости невозмущённого потока. Течение жидкости в пограничном слое может быть как ламинарным, так и турбулентным. При ламинарном течении воздух движется «слоями», не смешивающимися между собой, струйками. При турбулентном же режиме возникают завихрения в потоке, что приводит к перемешиванию слоёв жидкости. Таким образом, в гидродинамическом слое у поверхности плиты вначале развивается ламинарный режим, впоследствии переходящий в турбулентный. Этот переход происходит на интервале определённой длины, а не в какой-то точке слоя. Однако даже при развитом турбулентном режиме у самой поверхности плиты образуется тонкий подслой, движение жидкости в котором подчиняется ламинарному режиму.
В гидродинамическом слое, образующемся у поверхности плиты, изменяется не только скорость потока, но и температура от значения на стенке до значения воздуха вдали от поверхности плиты. Надо сказать, что при ламинарном режиме течения температура в пограничном слое по мере отдаления от плиты уменьшается, теплообмен осуществляется за счёт теплопроводности от слоя к слою и к стенке. Турбулентный же режим отличается тем, что при смешении слоёв их температура уравновешивается и теплообмен происходит конвекцией.
Наличие рёбер на плите вносит свои коррективы в процесс теплообмена.
Рассмотрим распределение температуры по высоте ребра.
По мере отдаления от основания ребра к вершине температура начинает снижаться. Тепло в ребре передаётся теплопроводностью. При скоростях 0 и 2 м/с развивается ламинарный режим течения потока воздуха, а при скоростях в 6,12 и 20 м/с ламинарный режим переходит в турбулентный. Этот переход заметен на графиках, так как при турбулентном режиме на теплообмен значительное влияние оказывает скорость потока. В этом режиме слой воздуха, нагреваемый у поверхности стенки и рёбер, перемешивается и сносится холодным набегающим потоком. Интенсивность теплообмена при этом прямопропорциональна скорости потока.
Увеличение высоты ребра приводит к увеличению перепада температур у основания ребра и на вершине. Это можно объяснить тем, что увеличивая высоту ребра, увеличивается и площадь поверхности теплообмена, то есть большее количество тепла отводится от поверхности ребра набегающим потоком.
Материал ребра также влияет на процесс теплообмена. Так как тепло в ребре распространяется теплопроводностью, то вещество, имеющее больший коэффициент теплопроводности, будет лучше проводить тепло от основания ребра к вершине ,и как следствие, перепад температур будет меньше, чем для веществ с большим . Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладает медь =370 Вт/м*К, у латуни =100 Вт/м*К, а у стали =46 Вт/м*К. Из полученных графиков видно, что перепад температур при высоте ребра 50 мм и скорости потока 20 м/с в меди составляет 20 градусов, у латуни 40, а у стали 50.
Рисунок 2.1 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,01 м
Рисунок 2.2 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,01 м
Рисунок 2.3 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,01 м
Рисунок 2.4 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,02 м
Рисунок 2.5 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,02 м
Рисунок 2.6 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,02 м
Рисунок 2.7 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,03м
Рисунок 2.8 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,03 м
Рисунок 2.9 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,03 м
Рисунок 2.10 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,04 м
Рисунок 2.11 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,04 м
Рисунок 2.12 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,04 м
Рисунок 2.13 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,05 м
Рисунок 2.14 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,05 м
Рисунок 2.15 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,05 м
Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, зависит от коэффициента теплопроводности материала ребра, то есть чем выше этот коэффициент, тем лучше материал проводит подведённое тепло. Однако при различных режимах течения потока воздуха, на количество подводимого тепла влияет скорость потока и высота ребра. При ламинарном режиме прогретый слой теплопроводностью передаёт тепло другому слою и так происходит нагрев воздушного потока, при турбулентном же режиме, тепло прогретого нижнего слоя вихревыми потоками смешивается с другими слоями и отвод тепла идёт интенсивно. Увеличение высоты ребра лишь улучшает отвод тепла за счёт увеличения общей теплообменной поверхности.
Увеличение высоты ребра приводит к тому, что влияние скорости потока на максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, уменьшается.
Эффективность оребрения с увеличением высоты ребра уменьшается, аналогично влияние скорости теплового потока. Однако для материалов с большим коэффициентом теплопроводности эффективность оребрения уменьшается не так значительно. Поэтому для оребрения плоской стенки эффективнее использовать медные рёбра, однако с экономической точки зрения это не выгодно, так как медь дорогая. Наиболее дешёвым из рассматриваемых материалов является сталь, поэтому для отопления аудиторий, кабинетов, комнат чаще применяют стальные рёбра, хотя эффективность значительно ниже, чем для меди и латуни. Для комнатных условий, когда присутствует естественная циркуляция воздушного потока и нам необходимо нагреть комнату, целесообразнее и экономически выгоднее применять стальные рёбра с высотой 50 мм. В этом случае вклад оребрённой стенки по отношению к неоребрённой больше в 5 раз, для меди в 6 раз, а для латуни в 5,5. То есть это выгодно те только с экономической точки зрения, которая является определяющей при проектировании, но и с технической, так как эффективность находится на уровне с более дорогими медью и латунью.
3 Конвективный теплообмен при пленочной конденсации пара.
Исследовать влияние параметров состояния пара, его скорости движения, диаметра трубки на коэффициент теплообмена при пленочной конденсации пара для вертикального и горизонтального расположения трубки.
В расчетах учесть коридорную и шахматную компоновку трубок в пучке, эффект от повышения давления пара, степень паросодержания и перегрева пара, зависимость физических параметров теплоносителя от температуры, содержание воздуха в паре, волновой характер течения конденсатной пленки, а также особенности теплообмена при вертикальном и горизонтальном расположении труб.
Оценить возможность применения конденсатоотводчиков на поверхности вертикально располагаемых трубок.
Рассчитать среднее значение коэффицментов теплообмена, потоки теплоты и количество конденсирующегося пара на поверхностях труб в пучке. Данные к заданию приведены в таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные к выполнению задания по теме
Абсо-лютное давление пара p, МПа |
Сте-пень паро-содер-жания х |
Степень пере-нагрева пара (t-ts), oC |
Содер-жание воздуха в паре, % |
Ско-рость дви-жения потока пара w, м/с |
Темпера-турный напор t=ts-tc, оС |
Геометрические характеристики |
|||
d, мм |
l, м |
n0 |
np |
||||||
0,008; 0,08; 0,8;8,0 |
0,6; 0,8; 1 |
10, 20, 30 |
2, 6, 10 |
5, 10 |
4, 6, 8, 10 |
16, 20 |
2, 4 |
100 |
10 |
Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения ts, то он конденсируется и конденсат оседает на стенке.
Конденсация может быть капельная, когда конденсат оседает на поверхности в виде отдельных капель, пленочная, когда на поверхности образуется сплошная пленка жидкости, и объемная в виде отдельных капель внутри объема пара или парогазовой смеси за счет перенасыщения пара (его плотность больше плотности насыщенного пара).
Средняя величина коэффициента теплообмена при конденсации сухого насыщенного пара на вертикальной стенке высотой h для ламинарного движения конденсатной пленки определяется по формуле:
, |
(1) |
где коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/мК;
и соответственно плотность жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м3;
r удельная теплота фазового перехода, Дж/кг;
коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с;
h высота вертикальной стенки, м;
tc температура стенки, оС;
х локальный коэффициент теплообмена, Вт/м2К.
Формулу (1), используя некоторые критерии, можно представить в следующем виде:
Nu=0,943(ArPrKa)0,25 |
(2) |
или,
Nu=0,728(ArPrKa)0,25, |
(3) |
где Nu критерий Нуссельта,
Ar Архимеда,
Pr Прандтля,
Ka Кутателадзе.
Далее рассмотрим факторы, влияющие на теплообмен при конденсации пара.
Влияние давления пара.
Формулы (2) и (3) получены для условий теплообмена в процессе конденсации неподвижного сухого пара при больших давлениях, когда плотность пара соизмерима с плотностью конденсата. При малых давлениях (p<0,1 МПа) плотность пара по сравнению с плотностью конденсата ничтожно мала и поэтому множитель приближается к единице. Тогда в формулах (2) и (3) вместо критерия Архимеда можно принять критерий Галилея (, или ). Следовательно, критерий Архимеда учитывает влияние повышения давления пара.
Таблица 3.2 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,008 МПа
t, OC |
Ga |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
h=2, м |
||||
4 |
1,91242E+14 |
143,6888136 |
17375,22725 |
5496,496695 |
6 |
1,91242E+14 |
95,79254238 |
15700,29016 |
4966,645427 |
8 |
1,91242E+14 |
71,84440678 |
14610,76631 |
4621,984368 |
10 |
1,91242E+14 |
57,47552543 |
13818,00964 |
4371,202933 |
h=4, м |
||||
4 |
1,52993E+15 |
143,6888136 |
29221,53262 |
4621,984368 |
6 |
1,52993E+15 |
95,79254238 |
26404,63543 |
4176,434335 |
8 |
1,52993E+15 |
71,84440678 |
24572,28203 |
3886,610086 |
10 |
1,52993E+15 |
57,47552543 |
23239,02955 |
3675,728876 |
d=0,016, м |
||||
4 |
97915780,45 |
143,6888136 |
464,7805909 |
18378,64438 |
6 |
97915780,45 |
95,79254238 |
419,9766732 |
16606,97989 |
8 |
97915780,45 |
71,84440678 |
390,8323328 |
15454,53618 |
10 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
14615,99791 |
d=0,020, м |
||||
4 |
97915780,45 |
143,6888136 |
464,7805909 |
14702,91551 |
6 |
97915780,45 |
95,79254238 |
419,9766732 |
13285,58391 |
8 |
97915780,45 |
71,84440678 |
390,8323328 |
12363,62894 |
10 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
11692,79833 |
Таблица 3.3 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,08 МПа
t, OC |
Ga |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
h=2, м |
||||
4 |
7,95544E+14 |
135,0470177 |
19990,97732 |
6764,365709 |
6 |
7,95544E+14 |
90,03134511 |
18063,88716 |
6112,294408 |
8 |
7,95544E+14 |
67,52350883 |
16810,34117 |
5688,130876 |
10 |
7,95544E+14 |
54,01880706 |
15898,23911 |
5379,502047 |
h=4, м |
||||
4 |
6,36436E+15 |
135,0470177 |
33620,68234 |
5688,130876 |
6 |
6,36436E+15 |
90,03134511 |
30379,71592 |
5139,806456 |
8 |
6,36436E+15 |
67,52350883 |
28271,51126 |
4783,128863 |
10 |
6,36436E+15 |
54,01880706 |
26737,54454 |
4523,603987 |
d=0,016, м |
||||
4 |
407318758,6 |
135,0470177 |
534,7508909 |
22618,01993 |
6 |
407318758,6 |
90,03134511 |
483,2019764 |
20437,68813 |
8 |
407318758,6 |
67,52350883 |
449,6701072 |
19019,41188 |
10 |
407318758,6 |
54,01880706 |
425,2717307 |
17987,4492 |
d=0,020, м |
||||
4 |
795544450,4 |
135,0470177 |
632,17021 |
21390,80257 |
6 |
795544450,4 |
90,03134511 |
571,2302683 |
19328,77206 |
8 |
795544450,4 |
67,52350883 |
531,5896634 |
17987,4492 |
10 |
795544450,4 |
54,01880706 |
502,7464636 |
17011,47915 |
Таблица 3.4 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,8 МПа
t, OC |
Ar |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
h=2, м |
||||
4 |
2,47929E+15 |
117,1509729 |
22039,2328 |
7459,338446 |
6 |
2,49085E+15 |
78,10064861 |
19937,85498 |
6748,111855 |
8 |
2,49085E+15 |
58,57548646 |
18554,26472 |
6279,825682 |
10 |
2,49085E+15 |
46,86038917 |
17547,54017 |
5939,092445 |
h=4, м |
||||
4 |
1,98343E+16 |
117,1509729 |
37065,42372 |
6272,530959 |
6 |
1,98343E+16 |
78,10064861 |
33492,39113 |
5667,871542 |
8 |
1,98343E+16 |
58,57548646 |
31168,18193 |
5274,548798 |
10 |
1,98343E+16 |
46,86038917 |
29477,04653 |
4988,360267 |
d=0,016, м |
||||
4 |
1269398176 |
117,1509729 |
589,5409306 |
24941,80134 |
6 |
1269398176 |
78,10064861 |
532,7103661 |
22537,46166 |
8 |
1269398176 |
58,57548646 |
495,7428552 |
20973,47133 |
10 |
1269398176 |
46,86038917 |
468,8446455 |
19835,48452 |
d=0,020, м |
||||
4 |
2479293313 |
117,1509729 |
696,9417354 |
23588,49933 |
6 |
2479293313 |
78,10064861 |
629,7579485 |
21314,61525 |
8 |
2479293313 |
58,57548646 |
586,0558069 |
19835,48452 |
10 |
2479293313 |
46,86038917 |
554,2573618 |
18759,24305 |
Таблица 3.5 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 8 МПа
t, OC |
Ar |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
h=2, м |
||||
4 |
4,99609E+15 |
64,18397744 |
21769,21994 |
6055,496443 |
6 |
5,30854E+15 |
42,78931829 |
19971,29515 |
5555,371626 |
8 |
5,30854E+15 |
32,09198872 |
18585,38431 |
5169,855829 |
10 |
5,30854E+15 |
25,67359098 |
17576,97126 |
4889,34777 |
h=4, м |
||||
4 |
3,3829E+29 |
64,18397744 |
62446421,21 |
8685292,412 |
6 |
3,3829E+29 |
42,78931829 |
56426711,32 |
7848047,625 |
8 |
3,3829E+29 |
32,09198872 |
52510971,74 |
7303431,254 |
10 |
3,3829E+29 |
25,67359098 |
49661810,9 |
6907158,826 |
d=0,016, м |
||||
4 |
2557997175 |
64,18397744 |
582,3181912 |
20247,77269 |
6 |
2557997175 |
42,78931829 |
526,1838843 |
18295,92797 |
8 |
2557997175 |
32,09198872 |
489,6692795 |
17026,27947 |
10 |
2557997175 |
25,67359098 |
463,1006123 |
16102,46094 |
d=0,020, м |
||||
4 |
4996088232 |
64,18397744 |
688,4031789 |
19149,16112 |
6 |
4996088232 |
42,78931829 |
622,0424918 |
17303,22036 |
8 |
4996088232 |
32,09198872 |
578,8757654 |
16102,46094 |
10 |
4996088232 |
25,67359098 |
547,4668978 |
15228,76732 |
Влияние сухости и перегрева пара.
Влияние этого фактора учитывается критерием Кутателадзе Ка. Для определения значения Ка для влажного пара нужно предыдущий коэффициент умножить на степень паросодержания x.
Таблица 3.6 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,008 МПа
t, OC |
Ga |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
x=0,6 |
||||
p=0,008, МПа |
||||
h=2, м |
||||
4 |
1,91242E+14 |
86,21328814 |
15292,14144 |
4837,531253 |
6 |
1,91242E+14 |
57,47552543 |
13818,00964 |
4371,202933 |
8 |
1,91242E+14 |
43,10664407 |
12859,10691 |
4067,862689 |
10 |
1,91242E+14 |
34,48531526 |
12161,39246 |
3847,147005 |
h=4, м |
||||
4 |
1,52993E+15 |
86,21328814 |
25718,21383 |
4067,862689 |
6 |
1,52993E+15 |
57,47552543 |
23239,02955 |
3675,728876 |
8 |
1,52993E+15 |
43,10664407 |
21626,35382 |
3420,651153 |
10 |
1,52993E+15 |
34,48531526 |
20452,94266 |
3235,052125 |
d=0,016, м |
||||
4 |
97915780,45 |
86,21328814 |
409,0588531 |
16175,26063 |
6 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
14615,99791 |
8 |
97915780,45 |
43,10664407 |
343,9761232 |
13601,71868 |
10 |
97915780,45 |
34,48531526 |
325,3125322 |
12863,71131 |
d=0,020, м |
||||
4 |
97915780,45 |
86,21328814 |
409,0588531 |
12940,2085 |
6 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
11692,79833 |
8 |
97915780,45 |
43,10664407 |
343,9761232 |
10881,37494 |
10 |
97915780,45 |
34,48531526 |
325,3125322 |
10290,96905 |
x=0,8 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
1,91242E+14 |
114,9510509 |
16432,47538 |
5198,265629 |
6 |
1,91242E+14 |
76,6340339 |
14848,41768 |
4697,163237 |
8 |
1,91242E+14 |
57,47552543 |
13818,00964 |
4371,202933 |
10 |
1,91242E+14 |
45,98042034 |
13068,26667 |
4134,028495 |
h=4, м |
||||
4 |
1,52993E+15 |
114,9510509 |
27636,01928 |
4371,202933 |
6 |
1,52993E+15 |
76,6340339 |
24971,96239 |
3949,827728 |
8 |
1,52993E+15 |
57,47552543 |
23239,02955 |
3675,728876 |
10 |
1,52993E+15 |
45,98042034 |
21978,11719 |
3476,289742 |
d=0,016, м |
||||
4 |
97915780,45 |
114,9510509 |
439,5623439 |
17381,44871 |
6 |
97915780,45 |
76,6340339 |
397,1894147 |
15705,91188 |
8 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
14615,99791 |
10 |
97915780,45 |
45,98042034 |
349,5710656 |
13822,95738 |
d=0,020, м |
||||
4 |
97915780,45 |
114,9510509 |
439,5623439 |
13905,15897 |
6 |
97915780,45 |
76,6340339 |
397,1894147 |
12564,7295 |
8 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
11692,79833 |
10 |
97915780,45 |
45,98042034 |
349,5710656 |
11058,36591 |
x=1 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
1,91242E+14 |
143,6888136 |
17375,22725 |
5496,496695 |
6 |
1,91242E+14 |
95,79254238 |
15700,29016 |
4966,645427 |
8 |
1,91242E+14 |
71,84440678 |
14610,76631 |
4621,984368 |
10 |
1,91242E+14 |
57,47552543 |
13818,00964 |
4371,202933 |
h=4, м |
||||
4 |
1,52993E+15 |
143,6888136 |
29221,53262 |
4621,984368 |
6 |
1,52993E+15 |
95,79254238 |
26404,63543 |
4176,434335 |
8 |
1,52993E+15 |
71,84440678 |
24572,28203 |
3886,610086 |
10 |
1,52993E+15 |
57,47552543 |
23239,02955 |
3675,728876 |
d=0,016, м |
||||
4 |
97915780,45 |
143,6888136 |
464,7805909 |
18378,64438 |
6 |
97915780,45 |
95,79254238 |
419,9766732 |
16606,97989 |
8 |
97915780,45 |
71,84440678 |
390,8323328 |
15454,53618 |
10 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
14615,99791 |
d=0,020, м |
||||
4 |
97915780,45 |
143,6888136 |
464,7805909 |
14702,91551 |
6 |
97915780,45 |
95,79254238 |
419,9766732 |
13285,58391 |
8 |
97915780,45 |
71,84440678 |
390,8323328 |
12363,62894 |
10 |
97915780,45 |
57,47552543 |
369,6263993 |
11692,79833 |
Таблица 3.8 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,08 МПа
t, OC |
Ga |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
x=0,6 |
||||
p=0,08, МПа |
||||
h=2, м |
||||
4 |
7,95544E+14 |
81,0282106 |
17594,29377 |
5953,397652 |
6 |
7,95544E+14 |
54,01880706 |
15898,23911 |
5379,502047 |
8 |
7,95544E+14 |
40,5141053 |
14794,97856 |
5006,190744 |
10 |
7,95544E+14 |
32,41128424 |
13992,22683 |
4734,562889 |
h=4, м |
||||
4 |
6,36436E+15 |
81,0282106 |
29589,95713 |
5006,190744 |
6 |
6,36436E+15 |
54,01880706 |
26737,54454 |
4523,603987 |
8 |
6,36436E+15 |
40,5141053 |
24882,08887 |
4209,687851 |
10 |
6,36436E+15 |
32,41128424 |
23532,02677 |
3981,276962 |
d=0,016, м |
||||
4 |
407318758,6 |
81,0282106 |
470,6405353 |
19906,38481 |
6 |
407318758,6 |
54,01880706 |
425,2717307 |
17987,4492 |
8 |
407318758,6 |
40,5141053 |
395,759939 |
16739,20763 |
10 |
407318758,6 |
32,41128424 |
374,2866415 |
15830,96515 |
d=0,020, м |
||||
4 |
795544450,4 |
81,0282106 |
556,3804214 |
18826,2964 |
6 |
795544450,4 |
54,01880706 |
502,7464636 |
17011,47915 |
8 |
795544450,4 |
40,5141053 |
467,8583019 |
15830,96515 |
10 |
795544450,4 |
32,41128424 |
442,4730632 |
14972,00246 |
x=0,8 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
7,95544E+14 |
108,0376141 |
18906,29906 |
6397,342109 |
6 |
7,95544E+14 |
72,02507609 |
17083,76971 |
5780,651148 |
8 |
7,95544E+14 |
54,01880706 |
15898,23911 |
5379,502047 |
10 |
7,95544E+14 |
43,21504565 |
15035,62623 |
5087,618921 |
h=4, м |
||||
4 |
6,36436E+15 |
108,0376141 |
31796,47821 |
5379,502047 |
6 |
6,36436E+15 |
72,02507609 |
28731,36142 |
4860,928828 |
8 |
6,36436E+15 |
54,01880706 |
26737,54454 |
4523,603987 |
10 |
6,36436E+15 |
43,21504565 |
25286,8084 |
4278,160513 |
d=0,016, м |
||||
4 |
407318758,6 |
108,0376141 |
505,736168 |
21390,80257 |
6 |
407318758,6 |
72,02507609 |
456,9842147 |
19328,77206 |
8 |
407318758,6 |
54,01880706 |
425,2717307 |
17987,4492 |
10 |
407318758,6 |
43,21504565 |
402,1971709 |
17011,47915 |
d=0,020, м |
||||
4 |
795544450,4 |
108,0376141 |
597,8696715 |
20230,17204 |
6 |
795544450,4 |
72,02507609 |
540,2362331 |
18280,02399 |
8 |
795544450,4 |
54,01880706 |
502,7464636 |
17011,47915 |
10 |
795544450,4 |
43,21504565 |
475,4682494 |
16088,46366 |
x=1 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
7,95544E+14 |
135,0470177 |
19990,97732 |
6764,365709 |
6 |
7,95544E+14 |
90,03134511 |
18063,88716 |
6112,294408 |
8 |
7,95544E+14 |
67,52350883 |
16810,34117 |
5688,130876 |
10 |
7,95544E+14 |
54,01880706 |
15898,23911 |
5379,502047 |
h=4, м |
||||
4 |
6,36436E+15 |
135,0470177 |
33620,68234 |
5688,130876 |
6 |
6,36436E+15 |
90,03134511 |
30379,71592 |
5139,806456 |
8 |
6,36436E+15 |
67,52350883 |
28271,51126 |
4783,128863 |
10 |
6,36436E+15 |
54,01880706 |
26737,54454 |
4523,603987 |
d=0,016, м |
||||
4 |
407318758,6 |
135,0470177 |
534,7508909 |
22618,01993 |
6 |
407318758,6 |
90,03134511 |
483,2019764 |
20437,68813 |
8 |
407318758,6 |
67,52350883 |
449,6701072 |
19019,41188 |
10 |
407318758,6 |
54,01880706 |
425,2717307 |
17987,4492 |
d=0,020, м |
||||
4 |
795544450,4 |
135,0470177 |
632,17021 |
21390,80257 |
6 |
795544450,4 |
90,03134511 |
571,2302683 |
19328,77206 |
8 |
795544450,4 |
67,52350883 |
531,5896634 |
17987,4492 |
10 |
795544450,4 |
54,01880706 |
502,7464636 |
17011,47915 |
Таблица 3.9 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 0,8 МПа
t, OC |
Ar |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
x=0,6 |
||||
p=0,8, МПа |
||||
h=2, м |
||||
4 |
2,47929E+15 |
70,29058375 |
19396,98746 |
6565,051315 |
6 |
2,49085E+15 |
46,86038917 |
17547,54017 |
5939,092445 |
8 |
2,49085E+15 |
35,14529187 |
16329,82615 |
5526,948288 |
10 |
2,49085E+15 |
28,1162335 |
15443,79606 |
5227,064967 |
h=4, м |
||||
4 |
1,98343E+16 |
70,29058375 |
32621,71444 |
5520,528117 |
6 |
1,98343E+16 |
46,86038917 |
29477,04653 |
4988,360267 |
8 |
1,98343E+16 |
35,14529187 |
27431,48273 |
4642,192303 |
10 |
1,98343E+16 |
28,1162335 |
25943,09462 |
4390,314418 |
d=0,016, м |
||||
4 |
1269398176 |
70,29058375 |
518,8618923 |
21951,57209 |
6 |
1269398176 |
46,86038917 |
468,8446455 |
19835,48452 |
8 |
1269398176 |
35,14529187 |
436,3091053 |
18458,99828 |
10 |
1269398176 |
28,1162335 |
412,6356753 |
17457,44274 |
d=0,020, м |
||||
4 |
2479293313 |
70,29058375 |
613,3866011 |
20760,51511 |
6 |
2479293313 |
46,86038917 |
554,2573618 |
18759,24305 |
8 |
2479293313 |
35,14529187 |
515,7945941 |
17457,44274 |
10 |
2479293313 |
28,1162335 |
487,8084093 |
16510,22998 |
x=0,8 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
2,47929E+15 |
93,72077833 |
20843,41949 |
7054,606744 |
6 |
2,49085E+15 |
62,48051889 |
18856,05904 |
6381,970164 |
8 |
2,49085E+15 |
46,86038917 |
17547,54017 |
5939,092445 |
10 |
2,49085E+15 |
37,48831133 |
16595,43888 |
5616,846845 |
h=4, м |
||||
4 |
1,98343E+16 |
93,72077833 |
35054,31346 |
5932,193522 |
6 |
1,98343E+16 |
62,48051889 |
31675,14788 |
5360,341952 |
8 |
1,98343E+16 |
46,86038917 |
29477,04653 |
4988,360267 |
10 |
1,98343E+16 |
37,48831133 |
27877,66941 |
4717,699865 |
d=0,016, м |
||||
4 |
1269398176 |
93,72077833 |
557,5533883 |
23588,49933 |
6 |
1269398176 |
62,48051889 |
503,8063588 |
21314,61525 |
8 |
1269398176 |
46,86038917 |
468,8446455 |
19835,48452 |
10 |
1269398176 |
37,48831133 |
443,4058894 |
18759,24305 |
d=0,020, м |
||||
4 |
2479293313 |
93,72077833 |
659,1267982 |
22308,62531 |
6 |
2479293313 |
62,48051889 |
595,5882955 |
20158,11853 |
8 |
2479293313 |
46,86038917 |
554,2573618 |
18759,24305 |
10 |
2479293313 |
37,48831133 |
524,1842491 |
17741,39671 |
x=1 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
2,47929E+15 |
117,1509729 |
22039,2328 |
7459,338446 |
6 |
2,49085E+15 |
78,10064861 |
19937,85498 |
6748,111855 |
8 |
2,49085E+15 |
58,57548646 |
18554,26472 |
6279,825682 |
10 |
2,49085E+15 |
46,86038917 |
17547,54017 |
5939,092445 |
h=4, м |
||||
4 |
1,98343E+16 |
117,1509729 |
37065,42372 |
6272,530959 |
6 |
1,98343E+16 |
78,10064861 |
33492,39113 |
5667,871542 |
8 |
1,98343E+16 |
58,57548646 |
31168,18193 |
5274,548798 |
10 |
1,98343E+16 |
46,86038917 |
29477,04653 |
4988,360267 |
d=0,016, м |
||||
4 |
1269398176 |
117,1509729 |
589,5409306 |
24941,80134 |
6 |
1269398176 |
78,10064861 |
532,7103661 |
22537,46166 |
8 |
1269398176 |
58,57548646 |
495,7428552 |
20973,47133 |
10 |
1269398176 |
46,86038917 |
468,8446455 |
19835,48452 |
d=0,020, м |
||||
4 |
2479293313 |
117,1509729 |
696,9417354 |
23588,49933 |
6 |
2479293313 |
78,10064861 |
629,7579485 |
21314,61525 |
8 |
2479293313 |
58,57548646 |
586,0558069 |
19835,48452 |
10 |
2479293313 |
46,86038917 |
554,2573618 |
18759,24305 |
Таблица 3.10 Расчет критериев и коэффициента теплоотдачи при давлении 8 МПа
t, OC |
Ar |
Ka |
Nu |
, Вт/м2К |
x=0,6 |
||||
p=8, МПа |
||||
h=2, м |
||||
4 |
4,99609E+15 |
38,51038647 |
19159,34597 |
5329,513491 |
6 |
4,99609E+15 |
25,67359098 |
17312,42341 |
4815,759069 |
8 |
4,99609E+15 |
19,25519323 |
16111,02534 |
4481,56879 |
10 |
4,99609E+15 |
15,40415459 |
15236,86703 |
4238,406078 |
h=4, м |
||||
4 |
3,99687E+16 |
38,51038647 |
32222,05069 |
4481,56879 |
6 |
3,99687E+16 |
25,67359098 |
29115,90956 |
4049,554538 |
8 |
3,99687E+16 |
19,25519323 |
27095,40692 |
3768,53513 |
10 |
3,99687E+16 |
15,40415459 |
25625,25373 |
3564,060478 |
d=0,016, м |
||||
4 |
2557997175 |
38,51038647 |
512,5050747 |
17820,30239 |
6 |
2557997175 |
25,67359098 |
463,1006123 |
16102,46094 |
8 |
2557997175 |
19,25519323 |
430,9636801 |
14985,0284 |
10 |
2557997175 |
15,40415459 |
407,5802842 |
14171,96487 |
d=0,020, м |
||||
4 |
4996088232 |
38,51038647 |
605,8717174 |
16853,40145 |
6 |
4996088232 |
25,67359098 |
547,4668978 |
15228,76732 |
8 |
4996088232 |
19,25519323 |
509,4753553 |
14171,96487 |
10 |
4996088232 |
15,40415459 |
481,8320422 |
13403,01686 |
x=0,8 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
4,99609E+15 |
51,34718195 |
20588,05709 |
5726,934949 |
6 |
4,99609E+15 |
34,23145464 |
18603,40964 |
5174,869894 |
8 |
4,99609E+15 |
25,67359098 |
17312,42341 |
4815,759069 |
10 |
4,99609E+15 |
20,53887278 |
16373,07917 |
4554,46373 |
h=4, м |
||||
4 |
3,99687E+16 |
51,34718195 |
34624,84681 |
4815,759069 |
6 |
3,99687E+16 |
34,23145464 |
31287,08095 |
4351,529544 |
8 |
3,99687E+16 |
25,67359098 |
29115,90956 |
4049,554538 |
10 |
3,99687E+16 |
20,53887278 |
27536,12716 |
3829,832224 |
d=0,016, м |
||||
4 |
2557997175 |
51,34718195 |
550,7225431 |
19149,16112 |
6 |
2557997175 |
34,23145464 |
497,6339934 |
17303,22036 |
8 |
2557997175 |
25,67359098 |
463,1006123 |
16102,46094 |
10 |
2557997175 |
20,53887278 |
437,9735182 |
15228,76732 |
d=0,020, м |
||||
4 |
4996088232 |
51,34718195 |
651,0515301 |
18110,15845 |
6 |
4996088232 |
34,23145464 |
588,291467 |
16364,37546 |
8 |
4996088232 |
25,67359098 |
547,4668978 |
15228,76732 |
10 |
4996088232 |
20,53887278 |
517,7622248 |
14402,47891 |
x=1 |
||||
h=2, м |
||||
4 |
4,99609E+15 |
64,18397744 |
21769,21994 |
6055,496443 |
6 |
4,99609E+15 |
42,78931829 |
19670,71075 |
5471,758718 |
8 |
4,99609E+15 |
32,09198872 |
18305,65901 |
5092,045251 |
10 |
4,99609E+15 |
25,67359098 |
17312,42341 |
4815,759069 |
h=4, м |
||||
4 |
3,99687E+16 |
64,18397744 |
36611,31802 |
5092,045251 |
6 |
3,99687E+16 |
42,78931829 |
33082,06032 |
4601,182291 |
8 |
3,99687E+16 |
32,09198872 |
30786,32608 |
4281,882598 |
10 |
3,99687E+16 |
25,67359098 |
29115,90956 |
4049,554538 |
d=0,016, м |
||||
4 |
2557997175 |
64,18397744 |
582,3181912 |
20247,77269 |
6 |
2557997175 |
42,78931829 |
526,1838843 |
18295,92797 |
8 |
2557997175 |
32,09198872 |
489,6692795 |
17026,27947 |
10 |
2557997175 |
25,67359098 |
463,1006123 |
16102,46094 |
d=0,020, м |
||||
4 |
4996088232 |
64,18397744 |
688,4031789 |
19149,16112 |
6 |
4996088232 |
42,78931829 |
622,0424918 |
17303,22036 |
8 |
4996088232 |
32,09198872 |
578,8757654 |
16102,46094 |
10 |
4996088232 |
25,67359098 |
547,4668978 |
15228,76732 |
Изменение физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода.
Учитывается коэффициентом:
(4) |
Таблица 3.11 Изменение физических характеристик и коэффициент данного изменения.
tc, C |
ts, C |
с,10-6, Пас |
с, Вт/мК |
s,10-6, Пас |
s, Вт/мК |
t |
p=0,008 МПа |
||||||
37,5 |
41,5 |
684 |
0,672 |
634 |
0,63 |
1,014822099 |
35,5 |
712 |
0,624 |
634 |
0,63 |
0,982070517 |
|
33,5 |
741 |
0,62 |
634 |
0,63 |
0,974828143 |
|
31,5 |
773 |
0,617 |
634 |
0,63 |
0,967927772 |
|
p=0,08 МПа |
||||||
89,4 |
93,4 |
316 |
0,674 |
302 |
0,6767 |
0,992861973 |
87,4 |
324 |
0,674 |
302 |
0,6767 |
0,989763962 |
|
85,4 |
331 |
0,673 |
302 |
0,6767 |
0,986573513 |
|
83,4 |
339 |
0,671 |
302 |
0,6767 |
0,982535576 |
|
p=0,8 МПа |
||||||
166,4 |
170,4 |
163 |
0,678 |
159 |
0,6769 |
0,997506266 |
164,4 |
165 |
0,678 |
159 |
0,6769 |
0,995986817 |
|
162,4 |
167 |
0,679 |
159 |
0,6769 |
0,995037743 |
|
160,4 |
169 |
0,679 |
159 |
0,6769 |
0,993558115 |
|
p=8 МПа |
||||||
291 |
295 |
8944 |
0,564 |
8777 |
0,5563 |
1,002802839 |
289 |
9027 |
0,567 |
8777 |
0,5563 |
1,003640277 |
|
287 |
9111 |
0,572 |
8777 |
0,5563 |
1,00578492 |
|
285 |
9194 |
0,575 |
8777 |
0,5563 |
1,006618121 |
На вертикальных поверхностях под действием сил поверхностного натяжения сконденсированной среды развивается волновое течение плёнки конденсата. Его влияние учитывается коэффициентом:
(5)
Критерий Рейнольдса вычисляется по формуле:
(6)
При конденсации пара на горизонтальной трубе волновое течение не успевает развиться, и поэтому этот фактор не учитывается.
Таблица 3.12 - Влияние волнового характера движения плёнки на коэффициент теплообмена
t, 0C |
Ga |
Re |
, Вт/м2*К |
|
h=2 м p=0,008 МПа |
||||
4 |
1,535*1014 |
24,85 |
1,137 |
5333 |
6 |
1,535*1014 |
33,681 |
1,151 |
4819 |
10 |
1,535*1014 |
49,406 |
1,169 |
4241 |
12 |
1,535*1014 |
56,645 |
1,175 |
4052 |
h=4 м |
||||
4 |
1,228*1015 |
41,792 |
1,161 |
4485 |
6 |
1,228*1015 |
56,645 |
1,175 |
4052 |
10 |
1,228*1015 |
83,09 |
1,193 |
3567 |
12 |
1,228*1015 |
95,265 |
1,20 |
3408 |
h=2 м p=0,08 МПа |
||||
4 |
6,714*1014 |
70,12 |
1,19 |
6651 |
6 |
6,714*1014 |
95,041 |
1,20 |
6010 |
10 |
6,714*1014 |
139,412 |
1,22 |
5289 |
12 |
6,714*1014 |
159,84 |
1,23 |
5054 |
h=4 м |
||||
4 |
5,371*1015 |
117,928 |
1,21 |
5593 |
6 |
5,371*1015 |
159,84 |
1,225 |
5054 |
10 |
5,371*1015 |
234,462 |
1,244 |
4448 |
12 |
5,371*1015 |
268,818 |
1,25 |
4249 |
h=2 м p=0,8 МПа |
||||
4 |
2,12*1015 |
162,991 |
1,23 |
7412 |
6 |
2,12*1015 |
220,919 |
1,24 |
6698 |
10 |
2,12*1015 |
324,055 |
1,26 |
5895 |
12 |
2,12*1015 |
371,54 |
1,27 |
5632 |
h=4 м |
||||
4 |
1,696*1016 |
274,117 |
1,25 |
6233 |
6 |
1,696*1016 |
371,54 |
1,267 |
5632 |
10 |
1,696*1016 |
544,994 |
1,287 |
4957 |
12 |
1,696*1016 |
624,853 |
1,29 |
4736 |
h=2 м p=8 МПа |
||||
4 |
4,512*1015 |
328,385 |
1,26 |
6376 |
6 |
4,512*1015 |
445,094 |
1,28 |
5761 |
10 |
4,512*1015 |
652,888 |
1,30 |
5070 |
12 |
4,512*1015 |
748,557 |
1,30 |
4844 |
h=4 м |
||||
4 |
3,61*1016 |
552,276 |
1,29 |
5361 |
6 |
3,61*1016 |
748,557 |
1,303 |
4844 |
10 |
3,61*1016 |
1100 |
1,323 |
4264 |
12 |
3,61*1016 |
1260 |
1,33 |
4074 |
Конденсатная плёнка, образуясь, стекает вниз под действием силы тяжести. Попутное движение пара интенсифицирует теплообмен, ускоряя движение плёнки. Движение пара во встречном направлении к направлению движения плёнки наоборот затрудняет теплообмен, утолщая плёнку. Это влияние учитывается коэффициентом
(7)
где ; (8)
; (9)
; (10)
w- скорость в среднем сечении пучка, м/с
d- наружный диаметр трубы, м
Таблица 3.13 - Влияние попутного движения пара на коэффициент теплообмена
t, 0C |
R |
Fr |
Ka |
x |
, Вт/м2*К h=2 м |
, Вт/м2*К h=4 м |
|
р=0,008 МПа, w=5 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
180,804 |
362,442 |
8,5*108 |
253,195 |
6,042 |
32221,99 |
27098,37 |
6 |
180,804 |
362,442 |
5,667*108 |
221,186 |
5,842 |
28152,6 |
23671,784 |
10 |
180,804 |
362,442 |
3,4*108 |
186,555 |
5,599 |
23745,36 |
19971,633 |
12 |
180,804 |
362,442 |
2,833*108 |
175,555 |
5,514 |
22342,73 |
18791,712 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
180,804 |
296,543 |
8,5*108 |
253,195 |
5,747 |
30648,75 |
25775,295 |
6 |
180,804 |
296,543 |
5,667*108 |
221,186 |
5,556 |
26774,36 |
22512,912 |
10 |
180,804 |
296,543 |
3,4*108 |
186,555 |
5,325 |
22583,33 |
18994,275 |
12 |
180,804 |
296,543 |
2,833*108 |
175,555 |
5,245 |
21252,74 |
17874,96 |
w=10 м/с |
d=0,016м |
||||||
4 |
180,804 |
1450 |
8,5*108 |
253,195 |
8,544 |
45565,15 |
38319,84 |
6 |
180,804 |
1450 |
5,667*108 |
221,186 |
8,26 |
39804,94 |
33469,52 |
10 |
180,804 |
1450 |
3,4*108 |
186,555 |
7,916 |
33571,76 |
28236,372 |
12 |
180,804 |
1450 |
2,833*108 |
175,555 |
7,797 |
31593,44 |
26572,176 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
180,804 |
1190 |
8,5*108 |
253,195 |
8,126 |
43335,96 |
36445,11 |
6 |
180,804 |
1190 |
5,667*108 |
221,186 |
7,856 |
37858,06 |
31832,512 |
10 |
180,804 |
1190 |
3,4*108 |
186,555 |
7,529 |
31930,49 |
26855,943 |
12 |
180,804 |
1190 |
2,833*108 |
175,555 |
7,415 |
30045,58 |
25270,32 |
р=0,08МПа, w=5 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
123,55 |
362,442 |
1,733*109 |
276,00 |
6,79 |
45160,29 |
37976,47 |
6 |
123,55 |
362,442 |
1,155*109 |
241,11 |
6,57 |
39455,65 |
33179,51 |
10 |
123,55 |
362,442 |
6,932*108 |
203,36 |
6,29 |
33273,1 |
27982,368 |
12 |
123,55 |
362,442 |
5,777*108 |
191,37 |
6,20 |
31319,64 |
26331,053 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
123,55 |
296,543 |
1,733*109 |
276,00 |
6,46 |
42952,16 |
36119,594 |
6 |
123,55 |
296,543 |
1,155*109 |
241,11 |
6,24 |
37526,44 |
31557,176 |
10 |
123,55 |
296,543 |
6,932*108 |
203,36 |
5,98 |
31649,38 |
26616,832 |
12 |
123,55 |
296,543 |
5,777*108 |
191,37 |
5,89 |
29788,28 |
25043,606 |
w=10 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
123,55 |
1450 |
1,733*109 |
276,00 |
9,60 |
63862,9 |
53703,986 |
6 |
123,55 |
1450 |
1,155*109 |
241,11 |
9,28 |
55790,83 |
46916,282 |
10 |
123,55 |
1450 |
6,932*108 |
203,36 |
8,90 |
47050,94 |
39569,408 |
12 |
123,55 |
1450 |
5,777*108 |
191,37 |
8,76 |
44283,15 |
37229,738 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
123,55 |
1190 |
1,733*109 |
276,00 |
9,13 |
60736,93 |
51075,276 |
6 |
123,55 |
1190 |
1,155*109 |
241,11 |
8,83 |
53062,29 |
44621,766 |
10 |
123,55 |
1190 |
6,932*108 |
203,36 |
8,46 |
44750,23 |
37634,528 |
12 |
123,55 |
1190 |
5,777*108 |
191,37 |
8,33 |
42114,98 |
35406,917 |
р=0,8 МПа, w=5 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
89,88 |
362,442 |
2,984*109 |
299,34 |
7,50 |
55612,24 |
46766,199 |
6 |
89,88 |
362,442 |
1,989*109 |
261,50 |
7,25 |
48587,29 |
40854,528 |
10 |
89,88 |
362,442 |
1,194*109 |
220,55 |
6,95 |
40982,04 |
34461,064 |
12 |
89,88 |
362,442 |
9,947*108 |
207,55 |
6,85 |
38562,3 |
32427,392 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
89,88 |
296,543 |
2,984*109 |
299,34 |
7,14 |
52892,03 |
44478,688 |
6 |
89,88 |
296,543 |
1,989*109 |
261,50 |
6,90 |
46209,5 |
38855,168 |
10 |
89,88 |
296,543 |
1,194*109 |
220,55 |
6,61 |
38977,74 |
32775,684 |
12 |
89,88 |
296,543 |
9,947*108 |
207,55 |
6,51 |
36675,58 |
30840,832 |
w=10 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
89,88 |
1450 |
2,984*109 |
299,34 |
10,61 |
78641,32 |
66132,13 |
6 |
89,88 |
1450 |
1,989*109 |
261,50 |
10,26 |
68708,08 |
57773,056 |
10 |
89,88 |
1450 |
1,194*109 |
220,55 |
9,83 |
57947,85 |
48727,31 |
12 |
89,88 |
1450 |
9,947*108 |
207,55 |
9,68 |
54529,02 |
45853,952 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
89,88 |
1190 |
2,984*109 |
299,34 |
10,09 |
74794,49 |
62897,203 |
6 |
89,88 |
1190 |
1,989*109 |
261,50 |
9,76 |
65345,69 |
54945,792 |
10 |
89,88 |
1190 |
1,194*109 |
220,55 |
9,35 |
55112,36 |
46342,993 |
12 |
89,88 |
1190 |
9,947*108 |
207,55 |
9,21 |
51859,46 |
43609,088 |
р=8 МПа, w=5 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
64,19 |
362,442 |
3,923*109 |
341,15 |
8,43 |
53768,81 |
45209,313 |
6 |
64,19 |
362,442 |
2,615*109 |
298,03 |
8,15 |
46969,43 |
39493,132 |
10 |
64,19 |
362,442 |
1,569*109 |
251,36 |
7,81 |
39611,91 |
33314,632 |
12 |
64,19 |
362,442 |
1,308*109 |
236,54 |
7,70 |
37274,58 |
31349,43 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
64,19 |
296,543 |
3,923*109 |
341,15 |
8,02 |
51135,52 |
42995,22 |
6 |
64,19 |
296,543 |
2,615*109 |
298,03 |
7,75 |
44670,79 |
37560,376 |
10 |
64,19 |
296,543 |
1,569*109 |
251,36 |
7,43 |
37675,17 |
31685,784 |
12 |
64,19 |
296,543 |
1,308*109 |
236,54 |
7,32 |
35453,24 |
29817,606 |
w=10 м/с, d=0,016м |
|||||||
4 |
64,19 |
1450 |
3,923*109 |
341,15 |
11,93 |
76033,80 |
63929,925 |
6 |
64,19 |
1450 |
2,615*109 |
298,03 |
11,53 |
66418,57 |
55846,476 |
10 |
64,19 |
1450 |
1,569*109 |
251,36 |
11,05 |
56018,43 |
47112,936 |
12 |
64,19 |
1450 |
1,308*109 |
236,54 |
10,88 |
52712,41 |
44333,268 |
d=0,02м |
|||||||
4 |
64,19 |
1190 |
3,923*109 |
341,15 |
11,34 |
72316,59 |
60804,462 |
6 |
64,19 |
1190 |
2,615*109 |
298,03 |
10,97 |
63169,37 |
53114,46 |
10 |
64,19 |
1190 |
1,569*109 |
251,36 |
10,51 |
53275,56 |
44806,112 |
12 |
64,19 |
1190 |
1,308*109 |
236,54 |
10,35 |
50135,40 |
42165,9 |
Вследствие притока к охлаждаемой стенке вместе с конденсирующимся паром неконденсирующегося воздуха у стенки образуются повышенная концентрация газа и пониженное парциальное давление пара при неизменном давлении смеси пара и воздуха (закон Дальтона). У стенки осуществляется конвективно-диффузионный перенос пара, возникает так называемый стефановский поток, что снижает интенсивность теплообмена. Этот фактор учитывается коэффициентом
(11)
где tж температура насыщения при парциальном давлении пара в смеси с воздухом;
tсм температура парогазовой смеси, принимаемой равной температуре насыщения при заданном давлении смеси.
Температуру tж определяют из условия: pп = pсм - pв, где давление смеси принимается равным заданному, а парциальное давление воздуха
(12)
Таблица 3.14 - Влияние наличия в паре воздуха на коэффициент теплообмена
pв, МПа |
pп, МПа |
tж, 0C |
tc, 0C |
, Вт/м2*К h=2 м |
, Вт/м2*К h=4 м |
, Вт/м2*К d=0,018 м |
, Вт/м2*К d=0,022 м |
|
р=0,008 МПа, r=6 |
||||||||
0,00012 |
0,00588 |
35,792 |
32,16 |
0,908 |
4842,364 |
4072,38 |
12139,96 |
11540,68 |
0,00012 |
0,00588 |
35,792 |
30,16 |
0,939 |
4525,041 |
3804,828 |
11343,12 |
10789,11 |
0,00012 |
0,00588 |
35,792 |
26,16 |
0,963 |
4084,083 |
3435,021 |
10236,69 |
9735,93 |
0,00012 |
0,00588 |
35,792 |
24,16 |
0,969 |
3926,388 |
3302,352 |
9845,04 |
9360,54 |
r=12 |
||||||||
0,00036 |
0,00564 |
35,037 |
32,16 |
0,719 |
3834,427 |
3224,715 |
9613,03 |
9138,49 |
0,00036 |
0,00564 |
35,037 |
30,16 |
0,813 |
3917,847 |
3294,276 |
9821,04 |
9341,37 |
0,00036 |
0,00564 |
35,037 |
26,16 |
0,888 |
3766,008 |
3167,496 |
9439,44 |
8977,68 |
0,00036 |
0,00564 |
35,037 |
24,16 |
0,906 |
3671,112 |
3087,648 |
9204,96 |
8751,96 |
r=20 |
||||||||
0,0006 |
0,0054 |
34,252 |
32,16 |
0,523 |
2789,159 |
2345,655 |
6992,51 |
6647,33 |
0,0006 |
0,0054 |
34,252 |
30,16 |
0,682 |
3286,558 |
2763,464 |
8238,56 |
7836,18 |
0,0006 |
0,0054 |
34,252 |
26,16 |
0,809 |
3430,969 |
2885,703 |
8599,67 |
8178,99 |
0,0006 |
0,0054 |
34,252 |
24,16 |
0,841 |
3407,732 |
2866,128 |
8544,56 |
8124,06 |
р=0,08 МПа, r=6 |
||||||||
0,0012 |
0,0588 |
85,408 |
81,926 |
0,87 |
5786,37 |
4865,91 |
14502,9 |
13789,5 |
0,0012 |
0,0588 |
85,408 |
79,926 |
0,914 |
5493,14 |
4619,356 |
13764,84 |
13097,62 |
0,0012 |
0,0588 |
85,408 |
75,926 |
0,948 |
5013,972 |
4216,704 |
12570,48 |
11954,28 |
0,0012 |
0,0588 |
85,408 |
73,926 |
0,957 |
4836,678 |
4066,293 |
12125,19 |
11531,85 |
r=12 |
||||||||
0,0036 |
0,0564 |
84,346 |
81,926 |
0,605 |
4023,855 |
3383,765 |
10085,35 |
9589,25 |
0,0036 |
0,0564 |
84,346 |
79,926 |
0,737 |
4429,37 |
3724,798 |
11099,22 |
10561,21 |
0,0036 |
0,0564 |
84,346 |
75,926 |
0,842 |
4453,338 |
3745,216 |
11164,92 |
10617,62 |
0,0036 |
0,0564 |
84,346 |
73,926 |
0,868 |
4386,872 |
3688,132 |
10997,56 |
10459,4 |
r=20 |
||||||||
0,006 |
0,054 |
83,246 |
81,926 |
0,33 |
2194,83 |
1845,69 |
5501,1 |
5230,5 |
0,006 |
0,054 |
83,246 |
79,926 |
0,553 |
3323,53 |
2794,862 |
8328,18 |
7924,49 |
0,006 |
0,054 |
83,246 |
75,926 |
0,732 |
3871,548 |
3255,936 |
9706,32 |
9230,52 |
0,006 |
0,054 |
83,246 |
73,926 |
0,777 |
3926,958 |
3301,473 |
9844,59 |
9362,85 |
р=0,8 МПа, r=6 |
||||||||
0,012 |
0,588 |
158,04 |
154,83 |
0,802 |
5944,424 |
4998,866 |
14901,16 |
14171,34 |
0,012 |
0,588 |
158,04 |
152,83 |
0,868 |
5813,864 |
4888,576 |
14573,72 |
13861,96 |
0,012 |
0,588 |
158,04 |
148,83 |
0,921 |
5429,295 |
4565,397 |
13603,17 |
12940,05 |
0,012 |
0,588 |
158,04 |
146,83 |
0,934 |
5260,288 |
4423,424 |
13188,08 |
12543,62 |
r=12 |
||||||||
0,036 |
0,564 |
156,43 |
154,83 |
0,4 |
2964,8 |
2493,2 |
7432 |
7068 |
0,036 |
0,564 |
156,43 |
152,83 |
0,6 |
4018,8 |
3379,2 |
10074 |
9582 |
0,036 |
0,564 |
156,43 |
148,83 |
0,76 |
4480,2 |
3767,32 |
11225,2 |
10678 |
0,036 |
0,564 |
156,43 |
146,83 |
0,8 |
4505,6 |
3788,8 |
11296 |
10744 |
r=20 |
||||||||
0,06 |
0,54 |
154,76 |
154,83 |
-0,018 |
- |
- |
- |
- |
0,06 |
0,54 |
154,76 |
152,83 |
0,322 |
2156,756 |
1813,504 |
5406,38 |
5142,34 |
0,06 |
0,54 |
154,76 |
148,83 |
0,593 |
3495,735 |
2939,501 |
8758,61 |
8331,65 |
0,06 |
0,54 |
154,76 |
146,83 |
0,661 |
3722,752 |
3130,496 |
9333,32 |
8877,23 |
р=8 МПа, r=6 |
||||||||
0,12 |
5,88 |
274,27 |
271,59 |
0,67 |
4271,92 |
3591,87 |
10706,6 |
10184 |
0,12 |
5,88 |
274,27 |
269,59 |
0,78 |
4493,58 |
3778,32 |
11263,2 |
10709,4 |
0,12 |
5,88 |
274,27 |
265,59 |
0,868 |
4400,76 |
3701,152 |
11032,28 |
10494,12 |
0,12 |
5,88 |
274,27 |
263,59 |
0,89 |
4311,16 |
3625,86 |
10804,6 |
10279,5 |
r=12 |
||||||||
0,36 |
5,64 |
271,58 |
271,59 |
-0,0025 |
- |
- |
- |
- |
0,36 |
5,64 |
271,58 |
269,59 |
0,332 |
1912,652 |
1608,208 |
4794,08 |
4558,36 |
0,36 |
5,64 |
271,58 |
265,59 |
0,599 |
3036,93 |
2554,136 |
7613,29 |
7241,91 |
0,36 |
5,64 |
271,58 |
263,59 |
0,666 |
3226,104 |
2713,284 |
8085,24 |
7692,3 |
r=20 |
||||||||
0,6 |
5,4 |
268,8 |
271,59 |
-0,697 |
- |
- |
- |
- |
0,6 |
5,4 |
268,8 |
269,59 |
-0,132 |
- |
- |
- |
- |
0,6 |
5,4 |
268,8 |
265,59 |
0,321 |
1627,47 |
1368,744 |
4079,91 |
3880,89 |
0,6 |
5,4 |
268,8 |
263,59 |
0,434 |
2102,296 |
1768,116 |
5268,76 |
5012,7 |
При определении необходимого числа конденсатоотводчиков исходят из равенства коэффициентов теплоотдачи для вертикального и горизонтального расположения труб, но при этом необходимо учесть некоторое повышение интенсивности теплообмена на вертикальной стенке за счёт развивающегося волнового течения плёнки конденсата. Тогда длина промежутка между кондесатоотводчиками на вертикальной стенке:
м (13)
Отсюда число конденсатоотводчиков определяется по формуле:
(14)
Таблица 3.15 - Число конденсатоотводчиков
d, м |
h, м |
n |
0,018 |
0,1045 |
10 |
0,022 |
0,127706 |
8 |
Среднее значение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке определяется по формуле:
(15)
где 1 коэффициент теплообмена для первого ряда труб пучка, рассчитываемого с учётом влияния давления пара и изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода;
i коэффициент теплоотдачи последующих рядов труб в пучке, определяемых из выражения i = i * 1 c использованием коэффициентов i, являющихся табличными значениями.
Таблица 3.16 - Значение среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке с шахматной и коридорной компоновкой труб в пучке
t, 0C |
, Вт/м2*К d=0,018 м шахматный порядок |
, Вт/м2*К d=0,022 м шахматный порядок |
, Вт/м2*К d=0,018 м коридорный порядок |
, Вт/м2*К d=0,022 м коридорный порядок |
|
p=0,008 МПа |
|
||
4 |
11120 |
10570 |
9689 |
9211 |
6 |
9968 |
9481 |
8683 |
8259 |
8 |
8637 |
8215 |
7524 |
7156 |
10 |
8195 |
7792 |
7139 |
6788 |
|
p=0,08 МПа |
|||
4 |
13970 |
13280 |
12170 |
11570 |
6 |
12570 |
11960 |
10950 |
10420 |
8 |
10980 |
10440 |
9561 |
9092 |
10 |
10440 |
9933 |
9098 |
8653 |
|
p=0,8 МПа |
|||
4 |
15630 |
14860 |
13620 |
12950 |
6 |
14100 |
13410 |
12280 |
11680 |
8 |
12360 |
11760 |
10770 |
10240 |
10 |
11790 |
11220 |
10270 |
9772 |
|
p=8 МПа |
|||
4 |
13510 |
12850 |
11770 |
11190 |
6 |
12220 |
11620 |
10650 |
10120 |
8 |
10780 |
10250 |
9389 |
8931 |
10 |
10300 |
9804 |
8976 |
8540 |
Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб определяется по формуле:
(16)
где (17)
n0 общее число труб в пучке.
Таблица 3.17 - Значение общей площади теплообменной поверхности
d=0,018 м l=2 м |
d=0,018 м l=4 м |
d=0,022 м l=2 м |
d=0,022 м l=4 м |
F=9,953 м2 |
F=19,905 м2 |
F=12,164 м2 |
F=24,328 м2 |
Таблица 3.18 - Значение мощности теплового потока при конденсации пара на пучке труб шахматной и коридорной компоновок труб
t, 0C |
Q, Вт Шахматная компоновка |
Q, Вт Шахматная компоновка |
||
d=0,016 м l=2 м |
d=0,016 м l=4м |
d=0,02 м l=2 м |
d=0,02 м l=4 м |
|
|
p=0,008 |
МПа |
||
4 |
442709,44 |
885374,4 |
514293,92 |
1028587,84 |
6 |
595269,02 |
1190478,24 |
691961,3 |
1383922,608 |
8 |
859640,61 |
1719194,85 |
999272,6 |
1998545,2 |
10 |
978778,02 |
1957457,7 |
1137382,7 |
2274765,312 |
|
p=0,08 |
МПа |
||
4 |
556173,64 |
1112291,4 |
646151,68 |
1292303,36 |
6 |
750655,26 |
1501235,1 |
872888,64 |
1745777,28 |
8 |
1092839,4 |
2185569 |
1269921,6 |
2539843,2 |
10 |
1246911,8 |
2493698,4 |
1449900,1 |
2899800,288 |
|
p=0,8 |
МПа |
||
4 |
622261,56 |
1244460,6 |
723028,16 |
1446056,32 |
6 |
842023,8 |
1683963 |
978715,44 |
1957430,88 |
8 |
1230190,8 |
2460258 |
1430486,4 |
2860972,8 |
10 |
1408150,4 |
2816159,4 |
1637761 |
3275521,92 |
|
p=8 |
МПа |
||
4 |
537860,12 |
1075666,2 |
625229,6 |
1250459,2 |
6 |
729753,96 |
1459434,6 |
848074,08 |
1696148,16 |
8 |
1072933,4 |
2145759 |
1246810 |
2493620 |
10 |
1230190,8 |
2460258 |
1431070,3 |
2862140,544 |
t, 0C |
Q, Вт Коридорная компоновка |
Q, Вт Коридорная компоновка |
||
d=0,016 м l=2 м |
d=0,016м l=4 м |
d=0,02 м l=2 м |
d=0,02 м l=4 м |
|
|
p=0,008 |
МПа |
|
|
4 |
385738,468 |
771438,2 |
448170,42 |
896340,83 |
6 |
518531,394 |
1037011 |
602774,86 |
1205549,7 |
8 |
748863,72 |
1497652 |
870455,84 |
1740911,7 |
10 |
852653,604 |
1705222 |
990830,78 |
1981661,6 |
|
p=0,08 |
МПа |
|
|
4 |
484512,04 |
968975,4 |
562949,92 |
1125899,8 |
6 |
653912,1 |
1307759 |
760493,28 |
1520986,6 |
8 |
951606,33 |
1903117 |
1105950,9 |
2211901,8 |
10 |
1086628,728 |
2173148 |
1263061,1 |
2526122,2 |
|
p=0,8 |
МПа |
|
|
4 |
542239,44 |
1084424 |
630095,2 |
1260190,4 |
6 |
733337,04 |
1466600 |
852453,12 |
1704906,2 |
8 |
1071938,1 |
2143769 |
1245593,6 |
2491187,2 |
10 |
1226607,72 |
2453092 |
1426399,3 |
2852798,6 |
|
p=8 |
МПа |
|
|
4 |
468587,24 |
937127,4 |
544460,64 |
1088921,3 |
6 |
635996,7 |
1271930 |
738598,08 |
1477196,2 |
10 |
934487,17 |
1868880 |
1086366,8 |
2172733,7 |
12 |
1072057,536 |
2144007 |
1246566,7 |
2493133,4 |
Количество сконденсированного пара на трубном пучке определяется по формуле:
(18)
Таблица 3.19 - Количество сконденсированного пара на трубном пучке
t, 0C |
M, кг Шахматная компоновка |
M, кг Шахматная компоновка |
||
d=0,016м l=2 м |
d=0,016м l=4м |
d=0,020м l=2 м |
d=0,020м l=4 м |
|
|
p=0,008 |
МПа |
||
4 |
0,183 |
0,367 |
0,213 |
0,426 |
6 |
0,246 |
0,493 |
0,286 |
0,573 |
8 |
0,356 |
0,712 |
0,414 |
0,827 |
10 |
0,405 |
0,810 |
0,471 |
0,942 |
|
p=0,08 |
МПа |
||
4 |
0,242 |
0,485 |
0,282 |
0,563 |
6 |
0,327 |
0,654 |
0,381 |
0,761 |
8 |
0,476 |
0,953 |
0,554 |
1,107 |
10 |
0,544 |
1,087 |
0,632 |
1,264 |
|
p=0,8 |
МПа |
||
4 |
0,298 |
0,597 |
0,347 |
0,693 |
6 |
0,404 |
0,807 |
0,469 |
0,938 |
8 |
0,590 |
1,179 |
0,686 |
1,371 |
10 |
0,675 |
1,350 |
0,785 |
1,570 |
|
p=8,0 |
МПа |
||
4 |
0,343 |
0,686 |
0,398 |
0,797 |
6 |
0,465 |
0,930 |
0,540 |
1,081 |
8 |
0,684 |
1,367 |
0,795 |
1,589 |
10 |
0,784 |
1,568 |
0,912 |
1,824 |
t, 0C |
M, кг Коридорная компоновка |
M, кг Коридорная компоновка |
||
d=0,016м l=2 м |
d=0,016м l=4 м |
d=0,02м l=2 м |
d=0,02м l=4 м |
|
|
p=0,008 |
МПа |
|
|
4 |
0,160 |
0,319 |
0,186 |
0,371 |
6 |
0,215 |
0,429 |
0,250 |
0,499 |
8 |
0,310 |
0,620 |
0,360 |
0,721 |
10 |
0,353 |
0,706 |
0,410 |
0,820 |
|
p=0,08 |
МПа |
|
|
4 |
0,211 |
0,422 |
0,245 |
0,491 |
6 |
0,285 |
0,570 |
0,332 |
0,663 |
8 |
0,415 |
0,830 |
0,482 |
0,964 |
10 |
0,474 |
0,947 |
0,551 |
1,101 |
|
p=0,8 |
МПа |
|
|
4 |
0,260 |
0,520 |
0,302 |
0,604 |
6 |
0,352 |
0,703 |
0,409 |
0,817 |
8 |
0,514 |
1,028 |
0,597 |
1,194 |
10 |
0,588 |
1,176 |
0,684 |
1,368 |
|
p=8,0 |
МПа |
|
|
4 |
0,299 |
0,597 |
0,347 |
0,694 |
6 |
0,405 |
0,811 |
0,471 |
0,941 |
8 |
0,596 |
1,191 |
0,692 |
1,385 |
10 |
0,683 |
1,366 |
0,794 |
1,589 |
4.2 Выводы.
Конденсация пара это процесс перехода пара в жидкое состояние или твёрдое. Конденсация пара встречается очень часто как в обыденной жизни ( дождь, снег), так и в технических процессах (в конденсаторах паровых турбин). Конденсация может осуществляться как в объёме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае конденсация может происходить как самопроизвольно, при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения, так и искусственно, путём введения охлажденных частиц. Во втором же случае конденсат образуется на поверхности теплообмена в виде плёнки, но в ряде случаев в виде отдельных капель. Поэтому различают плёночную и капельную конденсации пара. В этой работе будет рассмотрена плёночная конденсация пара.
Процесс парообразования идёт при увеличении температуры жидкости, обратный ему конденсации, с охлаждением пара. Поэтому степень охлаждения пара относительно температуры насыщения имеет очень важную, если не решающую роль в этом процессе. Также конденсация пара характеризуется смачиванием поверхности. Так плёночная конденсация происходит на смачиваемой поверхности, а капельная на несмачиваемой. Вообще же, эффект смачивания и сам процесс конденсации связан с действием сил поверхностного натяжения, действующих на молекулу конденсата. Действие этих сил различно на границе раздела паровой и жидкой фаз, в толще плёнки и на границе раздела жидкой фазы и твёрдой поверхности стенки. Рассмотрим случай, когда на стенке трубы образовалась капля, которая граничит ещё и с паровой фазой. Здесь действуют 3 силы поверхностного натяжения: между стенкой и жидкостью, стенкой и газом, жидкостью и газом. Если сила поверхностного натяжения между стенкой и газом оказывается больше, чем между жидкостью и стенкой, то угол смачивания меньше 90 градусов и происходит плёночная, конденсация пара. В обратном случае происходит процесс капельной конденсации. Однако на практике чаще встречаются промежуточные случаи частичного смачивания или частичного несмачивания поверхности.
При конденсации пара выделяется большое количество тепла, и прежде всего это тепло фазового перехода, однако передаче тепла пара к стенке препятствует слой конденсата или плёнка и граничный с жидкостью слой пара, толщина которого принимается равной длине свободного пробега молекул пара. Поэтому температура от пара к стенке трубы сначала скачком падает, а затем постепенно снижается в слое жидкости.
На интенсивность теплообмена данного процесса влияют многие факторы. При увеличении давления пара расстояние между молекулами уменьшается, это приводит к увеличению числа соударений их и как следствие к росту температуры пара. Чем больше давление, тем выше температура пара и температура его насыщения. Для конденсации пара на стенке трубы необходим температурный напор или разность температур между стенкой и температурой насыщения пара. Поэтому, чем выше давление и как следствие температура пара, тем меньше будет число молекул пара переходить в жидкое состояние, тоньше плёнка конденсата и ниже термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит интенсивность теплообмена возрастает. Это подтверждают полученные зависимости.
Рисунок 3.1 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м
Рисунок 3.2 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м
Рисунок 3.3 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм
Рисунок 3.4 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм
При увеличении давления до некоторого значения (приблизительно 0,5 МПа) происходит уплотнение пара, а значит большее количество молекул пара захватываются плёнкой, плёнка утолщается, растёт термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, поэтому снижается интенсивность теплообмена. Положение трубы в пространстве не меняет характер изменения интенсивности теплообмена от давления. Однако для вертикальной трубы большей длины коэффициент теплоотдачи ниже, потому что больше боковая поверхность трубы (в данном случае в 2 раза по сравнению с первой трубой), значит больше молекул пара будут захвачены плёнкой конденсата.
Увеличение температурного напора ведёт к интенсификации конденсации из-за переохлаждения пара относительно температуры насыщения, утолщению плёнки, и как следствие к уменьшению интенсивности теплообмена. Причём коэффициент теплоотдачи сильно снижается при увеличении температурного напора до определённого значения ( 12 градусов), дальнейшее снижение температуры стенки будет не так значительно влиять на коэффициент теплоотдачи.
Рисунок 3.5 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,008 МПa
Рисунок 3.6 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.7 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.8 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,006 МПа
Рисунок 3.9 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.10 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.11 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.12 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.13 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,8 МПа.
Рисунок 3.14 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.15 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.16 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.17 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.18 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.19 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.20 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 8,0 МПа
Чем меньше влаги в паре, тем меньше молекул конденсируется на стенке, тем тоньше плёнка конденсата и меньше термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит и больше интенсивность теплообмена. Поэтому рост степени сухости ведёт к увеличению коэффициента теплоотдачи. Увеличение диаметра горизонтальной трубы ведёт к увеличению её боковой поверхности, а значит большее число молекул пара может сконденсироваться на стенке трубы, следовательно снижается коэффициент теплоотдачи.
Перегрев пара приводит к тому, что разность температур насыщения пара и стенки увеличивается , и меньшее число молекул сконденсирует на стенке. Увеличивая степень перегрева пара, улучшается теплообмен между стенкой и паром.
Рисунок 3.21 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.22 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.23 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.24 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.25 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0, 8 МПа
Рисунок 3.26 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0, 8 МПа
Рисунок 3.27 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 8 МПа
Рисунок 3.28 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 8 МПа
Рисунок 3.29 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,008 МПа.
Рисунок 3.30 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,08 МПа.
Рисунок 3.31 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.32 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.33 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.34 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.35 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.36 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.37 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.38 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.39 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.40 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 16 мм при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.41 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.42 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.43 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.44 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 20 мм при давлении пара 8,0 МПа
Наличие воздуха в паре значительно влияет на процесс теплообмена. Воздух при движении в паре образует воздушную плёнку на стенке, так поверхность трубы не смачивается, воздух обладает большим термическим сопротивлением, поэтому интенсивность теплообмена сильно снижается с увеличение содержания воздуха в паре. Так при 6 процентах содержания воздуха в паре теплообмен нарушается, коэффициент теплоотдачи стремится к нулю при увеличении давления.
Рисунок 3.45 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 16 мм в пучке на интенсивность теплообмена
Рисунок 3.46 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 16 мм в пучке на интенсивность теплообмена
Рисунок 3.47 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 20 мм в пучке на интенсивность теплообмена
Рисунок 3.48 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 20 мм в пучке на интенсивность теплообмена
Рисунок 3.49 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 16 мм при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.50 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 16 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.51 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 16 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.52 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.53 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 20 мм при давлении пара 0,008 МПа
Рисунок 3.54 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 20 мм при давлении пара 0,08 МПа
Рисунок 3.55 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 20 мм при давлении пара 0,8 МПа
Рисунок 3.56 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 20 мм при давлении пара 8,0 МПа
Рисунок 3.57 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 16 мм и длины 2м
Рисунок 3.58 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 16 мм и длины 4 м
Рисунок 3.59 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 20 мм и длины 2 м.
Рисунок 3.60 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 4 м
Рисунок 3.61 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 16 мм и длины 2 м
Рисунок 3.62 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 16 мм и длины 4 м
Рисунок 3.63 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 20 мм и длины 2 м
Рисунок 3.64 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 20 мм и длины 4 м
По графикам можно сказать, что интенсивность теплообмена при шахматной компоновке труб больше, чем при коридорной, так как при движении потока пара между труб происходит значительная турбулизация потока и как следствие уменьшение толщины плёнки в результате её сноса и срыва. Однако пар при движении через шахматное расположение обтекает теплообменные поверхности труб лучше, чем при коридорном, поэтому большее количество пара конденсируется на поверхности труб. Увеличение длины труб в 2 раза приводит к увеличению количества сконденсированного пара в 2 раза, так как увеличивается поверхность конденсации.
Заключение
Тепломассообмен является в большей степени прикладной наукой, которая основывается на экспериментальных данных. Многие процессы нельзя описать формулой, поэтому приходится искать зависимости, вводить критерии, чтобы описать их. Такие процессы как конденсация пара, кипение жидкости являются обыденными, однако именно они чаще всего происходят в технических усройствах, машинах, котельных установках, но до сих пор окончательно не изучены. Знание и умение рассчитывать эти процессы позволяет обеспечивать целые города теплом и электрической энергией. Поэтому приобретение навыков практических расчетов и углубление знаний по этим процессам необходимы будущим специалистам в области теплоэнергетики.
Библиографический список
- Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. И доп. М.: Энергия, 1981. 418 с.
- Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 1984. 80с.
- Овсянников В.В., Кузнецов В.Н. Теоретические основы теплотехники ч.2 Тепломассообмен: Методические указания к курсовому проектированию по специальности 1007 «Промышленная теплоэнергетика». Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2002. 37 с.
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
4000,0
4500,0
5000,0
5500,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
4000,0
4500,0
5000,0
5500,0
6000,0
6500,0
7000,0
0
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
7000,0
8000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
7000,0
8000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
4000,0
4500,0
5000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
3500,0
4000,0
4500,0
5000,0
5500,0
6000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
7000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
1000,0
2000,0
3000,0
4000,0
5000,0
6000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
18000,0
20000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
18000,0
20000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
18000,0
20000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
18000,0
20000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
0,0
2000,0
4000,0
6000,0
8000,0
10000,0
12000,0
14000,0
16000,0
18000,0
20000,0
0
2
4
6
r, %
t=4
t=6
t=8
t=10
6000,0
7000,0
8000,0
9000,0
10000,0
11000,0
12000,0
13000,0
14000,0
15000,0
16000,0
4
6
8
10
12
t, C
p=0,008 МПа
p=0,08 МПа
p=0,8 МПа
p=8 МПа
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
15000
16000
4
6
8
10
12
t, C
p=0,008 МПа
p=0,08 МПа
p=0,8 МПа
p=8 МПа
6000,0
7000,0
8000,0
9000,0
10000,0
11000,0
12000,0
13000,0
14000,0
15000,0
16000,0
4
6
8
10
12
t, C
p=0,008 МПа
p=0,08 МПа
p=0,8 МПа
p=8 МПа
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
15000
16000
4
6
8
10
12
t, C
p=0,008 МПа
p=0,08 МПа
p=0,8 МПа
p=8 МПа
350000
850000
1350000
1850000
2350000
2850000
3350000
4
6
8
10
12
t, C
Q, Вт
l=2
шахматный
порядок
l=4
шахматный
порядок
l=2
коридорный
порядок
l=4
коридорный
порядок
350000
850000
1350000
1850000
2350000
2850000
3350000
4
6
8
10
12
t, C
Q, Вт
l=2
шахматный
порядок
l=4
шахматный
порядок
l=2
коридорный
порядок
l=4
коридорный
порядок
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
2,000
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
0
2
4
6
p, МПа
М, кг
t=4
t=6
t=8
t=10
Инженерные расчёты теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики