Пленочная и капельная конденсации. Конденсация пара на вертикальных стенках. Теплоотдача при ламинарном течении пленки. Метод теоретического расчета. Влияние различных факторов на теплоотдачу. Теплоотдача при смешанном режиме стекания пленки конденсата; метод расчета; расчетные уравнения для теплоотдачи. Конденсация пара на горизонтальных трубах и пучках труб. Характер обтекания конденсатом пучков труб, изменение теплоотдачи по рядам, влияние скорости пара и других факторов. Расчет теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальных пучках труб. Теплоотдача при капельной конденсации пара. [4].

Методические указания

Следует представлять себе следующую классификацию процессов: в объеме или на поверхности, пленочную или капельную, при неподвижном или движущемся паре, при паре насыщенном, влажном или перегретом. В случае пленочной конденсации различают режимы стекания пленки: ламинарный и смешанный, т.е. ламинарный, сосуществующий с турбулентным. В случае капельной конденсации различают режимы с малым и большим температурными напорами. Следует различать две составляющие термического сопротивления тепловому потоку при конденсации - сопротивление пленки конденсата на поверхности стенки и термическое сопротивление на границе раздела фаз (в кнудсеновском слое). Последнее определяется коэффициентом конденсации К и проявляется при малых давлениях (р<10⁴ Па) [4].

При изучении темы следует обратить внимание на интерпретации числа Re для пленки конденсата согласно формуле (12.8) [4], на различие в определяющих размерах чисел Рейнольдса для пленки и для пара [4], на то существенное обстоятельство, что число Рейнольдса пленки становится зависимым, т. е. определяемым числом подобия, содержащим в себе искомую величину - коэффициент теплоотдачи α, а также на определяющие независимые числа подобия - Z, Ga, Ar. Изучение подтем пленочного и капельного видов конденсации следует завершить анализом диаграмм [4], удобных для многих практических расчетов.

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что для критического числа Рейнольдса Re_кр≈400, характеризующего при конденсации пара переход от ламинарного режима стекания пленки к турбулентному, определяющим размером служит высота х участка стекающей пленки?

2. Входит ли в число Рейнольдса для пленки конденсата коэффициент теплоотдачи при конденсации?

3. Зависит ли коэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме конденсации от температурного напора?

4. Может ли средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации неподвижного пара на вертикальной поверхности уменьшаться при увеличении температурного напора?

5. Верно ли, что коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации водяного пара больше, чем при пленочной конденсации?

6. При конденсации пара на вертикальных стенках толщина пленки конденсата увеличивается по мере стекания ее вниз. Может ли при этом возрастать коэффициент теплоотдачи (средний или местный)?

Теплообмен при кипении однокомпонентных жидкостей

Механизм переноса теплоты при кипении. Влияние смачиваемости стенки жидкостью, краевой угол. Рост, отрыв и движение пузырей пара. Минимальный радиус пузыря; число действующих центров парообразования. Режимы кипения жидкости в большом объеме. Первая и вторая критические плотности теплового потока. Расчет критических тепловых нагрузок. Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления, физических свойств жидкости, состояния поверхности и других факторов при кипении в большом объеме.

Теплообмен при кипении жидкости в трубах; зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости циркуляции, плотности теплового потока и других факторов. Расчет теплоотдачи в трубах. [4].

Методические указания

Изучите классификацию процессов кипения, а для каждого элемента этой сложной классификации - методику определения коэффициентов теплоотдачи, плотности теплового потока или температуры стенки, иногда температуры перегрева жидкости.

Заинтересованность в высокой интенсивности теплообмена заставляет обратить особое внимание на пузырьковый режим кипения. Однако именно для этой области кипения пока не существует строгой теории, а имеются лишь отдельные приближенные решения, которые отличаются различными подходами к процессу кипения. Поэтому при кипении различных жидкостей в неограниченном объеме, рекомендуется пользоваться формулой Г.Н. Кружилина

где ; ; - приведенная скорость парообразования, , м - характерный линейный размер паровой фазы σ, V_ж, λ_ж, Ср_ж, Pr_ж, Р_ж , соответственно коэффициент поверхностного натяжения, кинематическая вязкость, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, число Прандтля, плотность жидкости при температуре насыщения t_s, р_n - плотность пара при t_s, q, Вт/м² -плотность теплового потока, подводимого к поверхности нагрева, T_s - температура насыщения

Значения сиn принимаются:

при Re.≤ 0,01 с = 0,0625, n=0,5 ;

при Re. ≥0,01 с = 0,125, n = 0,65.

Определив коэффициент теплоотдачи а по этой формуле для заданного значения теплового потока q, Вт/м² , получают возможность вычислить и температурный напор

t_c-t_H=q/α.

Более простая формула теплоотдачи при пузырьковом кипении, но применимая только для воды, рекомендована Михеевым М.А. С учетом последующего уточнения (см.: Рассохин Н.Г., Швецов Р.С., Кузьмин А.В. Расчет теплоотдачи при кипении. Теплоэнергетика, 1970, № 9, с. 58-59) она имеет вид

при 0,1 Мпа ≤ р ≤ ЗМПа, α = 6,0 p^1/5-q^2/3;

при 3 МПа ≤ р ≤20МПа, α= 3,33p^3/4-q^2/3,

где α - Вт/(м^2·К), р - МПа, q -Вт/м².

Вопросы для самопроверки

1. Верно ли, что увеличение критического радиуса парового пузырька способствует увеличению коэффициента теплоотдачи?

2. Верно ли, что для пузырькового режима кипения максимальные температурные напоры (Т_с - Т_n) ниже, чем для пленочного режима?

3. Верно ли, что с увеличением теплопроводности кипящей жидкости коэффициент теплоотдачи увеличивается, а с увеличением вязкости уменьшается?

4. Согласны ли Вы с утверждением, что в промышленных теплообменниках с кипением теплоносителя режим кипения пленочный?

5. Одинаковы ли процессы перехода от пузырькового к пленочному режиму кипения в случаях регулируемой температуры стенки и регулируемой плотности теплового потока?

6. Можно ли приведенную скорость парообразования выражать в метрах в секунду (м/с)?