Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
8 10s
Ри?. 8.2. Влияние турбулентности в пленке на теплообмен при конденсации. 1 —кривые, рекомендованные для расчета пленочной конденсации на вертикальной поверхности; 2—расчет.
рекомендованную Мак-Адамсом [9] для расчета среднего коэффициента теплоотдачи для однокомпонентных паров, конденсирующихся на вертикальных поверхностях.
Пример 8.2. Определить, будет ли течение конденсата в примере 8.1 ламинарным или турбулентным на нижнем конце трубы.
Решение. Число Рейнольдса для конденсата на нижнем конце трубы можно записать с помощью уравнения (8.3) следующим образом:
Re6 =
4Г„
Подстановка выражения (8.7) для б дает -^1H1L(Tn-T,
Re6 = "3T
Г-і[
.2/3 1/3 пЗ/4
fg
Подстановка в это выражение приведенных выше численных значений задачи дает
= ? Г 4 . 0,661 • 1,5 (349 - 325) 980,92/3 • 9,811^3 13/4 3 L (4,48. 10"4)5/3. 2,349 • 106 J
Re6
= 576.
Поскольку число Рейнольдса на нижнем конце трубы меньше 2000, течение конденсата ламинарное и, следовательно, справедлив результат, полученный из уравнения (8.11).
Влияние высокой скорости пара
Согласно одному из допущений в пленочной теории Нуссельта, сопротивление трения между конденсатом и паром пренебрежимо мало. Это допущение несправедливо, когда скорость не-сконденсированного пара значительна по сравнению со скоростью жидкости на поверхности раздела пар — конденсат. Когда
438 Глава 8
пар движется вверх, к вязкому касательному напряжению добавляется тормозящая сила, которая вызывает утолщение пленки. При движении пара вниз толщина пленки уменьшается и коэффициенты теплоотдачи значительно выше расчетных значений, которые могут быть получены из уравнения (8.11). Кроме того, при высоких скоростях пара переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при числах Рейнольдса для пленки конденсата порядка 300. Карпентер и Колберн [10] определили коэффициенты теплоотдачи при конденсации чистых паров некоторых углеводородов и водяного пара в вертикальной трубе длиной 2,44 м и внутренним диаметром 1,27 см при скоростях пара у верхней части трубы до 152 м/с. Их данные хорошо обобщаются корреляционной формулой
где Pn— число Прандтля для жидкости; — плотность жидкости, кг/м3; pv — плотность пара, кг/м3; cpi— теплоемкость жидкости, Дж/(кг-град); H0 — средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-град); / — коэффициент трения для круглой трубы, рас-считанный по средней скорости napa;Gm =aJ(G\ + G1G2 + Gf)/3 — среднее значение массовой скорости пара, кг/(м2-с); Gi-массовая скорость у вершины трубы; G2 — массовая скорость у основания трубы.
Все теплофизические свойства жидкости в формуле (8.16) должны рассчитываться при определяющей температуре, равной 0,25 T5V + 0,75 Ts. Эти результаты расчета не были подтверждены для других систем, но в общем случае могут быть использованы для доказательства влияния скорости пара на коэффициент теплоотдачи конденсирующих паров, когда направления течения пара и конденсата совпадают.
Конденсация перегретого пара
Хотя все рассмотренные выше уравнения строго применимы только для случая конденсации насыщенных паров, их можно также использовать с достаточной точностью для случая конденсации перегретых паров. Следовательно, тепловой поток от перегретого пара к стенке при температуре T3 будет равен
где Я — среднее значение коэффициента теплоотдачи, определяемое из уравнения, справедливого для геометрической конфигурации с таким же паром, находящимся на линии насыщения; Tsv — температура насыщения, соответствующая преобладающему давлению в системе.
Q = Ah {Tau-Ta)9
(8.17)
Конденсация, кипение и массообмен 439
Капельная конденсация
Когда поверхность конденсации покрыта веществом, которое препятствует конденсату смачивать поверхность, пар будет конденсироваться в виде капель, а не в виде сплошной пленки [11]. Это явление известно как капельная конденсация. В таких условиях большая часть поверхности не покрыта изолирующей пленкой и коэффициенты теплоотдачи в 4—8 раз выше, чем при пленочной конденсации. До сих пор капельная конденсация достаточно надежно получена только для водяного пара. Для практического расчета коэффициента теплоотдачи предполагается существование пленочной конденсации, поскольку даже для водяного пара возникновение капельной конденсации можно ожидать только при тщательно регулируемых условиях, которые не всегда можно поддерживать на практике [12, 13]. Однако 9 капельная конденсация водяного пара может оказаться полезным способом улучшения теплообмена в некоторых отраслях промышленности.
Таблица 8.1
Приближенные значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации чистых паров
Приблизитель-
Приблизи- ный
тельный диапазон
Пар Система диапазон значений значений среднего
T — T 1Su 1S' К коэффициента
теплоотдачи,
Вт/(м2-град)
Водяной Горизонтальные трубы, наружный диаметр 25—75 мм 3-20 11 000-23 000
Водяной Вертикальная поверхность высотой 3 м 3-20 5 700-11 000
Этилового Вертикальная поверхность высо- 10—55 1 100-1 900
спирта той 0,15 м
Бензоловый Горизонтальная труба, наружный диаметр 25 мм 15-45 1 400-2 000
