Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Вид работы:

Курсовая работа (т)
Предмет:

Физика
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,6 Мб
Опубликовано:

2013-10-20

Скачать курсовую работу Читать текст online Заказать курсовую
*Помощь в написании! Посмотреть все курсовые работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Курсовая работа

Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

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

теплопроводность кипение конденсация

Задание.

Исследовать процесс нагрева железобетонной плиты при её термической обработке, имеющей размеры S*b*l. Определить распределение температуры по толщине плиты и расход теплоты на единицу её объёма по истечении времени τ в зависимости от интенсивности теплообмена между греющей средой и поверхностью плиты.

В начале термической обработки температура по всему объёму плиты была одинаковой и равной tн. Температура греющей среды в процессе нагрева плиты поддерживалась постоянной и равной t0. Обогрев плиты симметричный. Время процесса нагрева τ определить из условия, что температура на поверхности плиты оказалась равной tc. Скорость потока водяного пара относительно поверхности плиты w. Данные к заданию приведены в таблице 1.

Таблица 1.1 - Исходные данные

Размер плиты Sbl, м	Начальтемпер плиты tн, ºС	Темперповерхн плиты tc, ºC	Температ насыщ пара t0, ºC	Теплофизические свойства плиты			Скорость потока воздуха w, м/с
				плотность ρ, кг/м3	коэф. Теплопр λ, Вт/м*К	Теплоём с, Дж/м*К
0,41,06,0	0	100	120,150	2200	1,41	834	5,10,20,40,60

.1 Расчёт

Плита толщиной S, выполненная из однородного материала и ограниченная плоскопараллельными поверхностями, по размерам много большими S, подвергается внезапному тепловому воздействию с обеих сторон потоком пара. Процесс нестационарной теплопроводности в плите описывается дифференциальным уравнением:

(1.1)

Считая, что процесс нагрева плиты идёт по обе стороны, начало координат целесообразно поместить в середине плиты по толщине.

Так как на плиту воздействует поток пара, нам необходимо вычислить коэффициент теплоотдачи от потока пара к поверхности плиты. Для этого необходимо вычислить критерий Рейнольдса, определяемый выражением:

(1.2)

где w- скорость потока пара, м/с

l - толщина плиты, м

ν - коэффициент кинематической вязкости пара, м2/с

После этого необходимо вычислить критерий Нуссельта для пара:

(1.3)

где Prж - критерий Прандтля, определяемый для пара по табличным значениям при температуре пара

Prс - критерий Прандтля, определяемый для пара по табличным значениям при температуре стенки

Вычислив критерий Нуссельта можно, наконец, определить коэффициент теплоотдачи пара к плите:

(1.4)

где λ - коэффициент теплопроводности пара при заданной температуре пара

Результаты расчётов приведены в таблице.

Таблица 1.2 - Значения критериев Рейнольдса, Нуссельта, коэффициента теплоотдачи для потока пара при температуре 120ºС

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10-6	Nu * 10-3	Коэффициент теплоотдачи α,
5	2,618	5,244	22,662
10	5,236	9,13	39,457
20	10,47	15,9	68,698
40	20,94	27,68	119,61
60	31,41	38,28	165,44

Таблица 1.3 - Значения критериев Рейнольдса, Нуссельта, коэффициента теплоотдачи для потока пара при температуре 150ºС

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10-6	Nu * 10-3	Коэффициент теплоотдачи α,
5	5,484	9,885	47,515
10	10,97	17,21	82,728
20	21,94	29,97	144,038
40	43,88	52,17	250,784
60	65,81	72,17	346,875

Для дальнейших расчётов нам необходимо вычислить критерий Био, определяемый из выражения:

(1.5)

где S - параметр плиты, м

λ - коэффициент теплопроводности материала плиты,

Решением трансцендентного уравнения

(1.6)

Является бесконечное множество корней (δ1, δ2, δ3, …), но для расчётов нам хватит первых пяти, значения которых приведены в таблицах.

Таблица 1.4 - Значения критерия Био и корней трансцендентного уравнения для потока пара при температуре 120ºС

Скорость потока пара w, м/с	Bi	δ	δ	δ	δ	δ
5	3,214	1,1908	3,8206	6,7214	9,7403	12,8106
10	5,597	1,3325	4,0759	6,9565	9,9355	12,9724
20	9,744	1,4238	4,2934	7,213	10,1853	13,2004
40	16,966	1,4757	4,4352	7,4143	10,4172	13,4425
60	23,467	1,5024	4,5099	7,5247	10,5501	13,5876

Таблица 1.5 - Значения критерия Био и корней трансцендентного уравнения для потока пара при температуре 150ºС

Скорость потока пара w, м/с	Bi	δ	δ	δ	δ	δ
5	6,74	1,3643	4,1475	7,036	10,0099	13,0386
10	11,734	1,4406	4,338	7,2744	10,2543	13,271
20	20,431	1,4969	4,4938	7,499	10,5165	13,5477
40	35,572	1,5244	4,5743	7,6272	10,6843	13,7466
60	49,202	1,5383	4,6151	7,6929	10,772	13,8529

Тогда температурный напор в любой точке сечения плиты можно вычислить по формуле:

(1.7)

где θ0 - начальный температурный напор, θ0 = tп - tн

Fo - критерий Фурье, вычисляемый по формуле:

(1.8)

где a - коэффициент температуропроводности плиты, a = λ/cρ

Таким образом, для нахождения температурного напора в любом сечении плиты нам необходимо вычислить время τ, которое можно найти, зная разность температур на поверхности плиты.

Таблица 1.6 - Результаты вычислений времени воздействия пара на плиту

Скорость потока пара w, м/с	Время τ, с (при температуре пара 120ºС)	Время τ, с (при температуре пара 150ºС)
5	36358	2505,4
10	16785	870,45
20	5915	174,9
40	2272,5	-
60	1132,9	-

Вычислив время τ, можно определить распределение температуры по сечению плиты в момент времени τ.

Количество тепла, подведённое через единицу площади поверхности при её нагреве от начальной температуры до температуры, равной температуре потока пара , определяется по формуле, Дж/м2:

(1.9)

А количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время τ с обеих сторон плиты, -

(1.10)

Таблица 1.7 - Количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время τ с обеих сторон плиты

Скорость потока пара w, м/с	Q, Вт (при температуре пара 120ºС)	Q, Вт (при температуре пара 150ºС)
5	8,6*108	2,36*108
10	6,43*108	1,32*108
20	3,82*108	-
40	2,29*108	-
60	1,52*108	-

Таблица 1.8 - Значение температурного напора в сечениях плиты и количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время τ с обеих сторон плиты при температуре пара 120ºС

	Сечение x=0 ,м	Сечение x=0,05 ,м	Сечение x=0,1 ,м	Сечение x=0,15 ,м	Сечение x=0,2 ,м	Количество тепла Q*10-8,
Температурный напор θ , ºС (w=5 м/с)	53,916	51,545	44,64	33,807	20	8,603
Температурный напор θ , ºС (w=10 м/с)	84,027	79,492	66,305	45,752	20	6,426
Температурный напор θ , ºС (w=20 м/с)	114,486	109,893	94,099	63,75	20	3,819
Температурный напор θ , ºС (w=40 м/с)	119,908	119,196	112,709	84,265	20	2,286
Температурный напор θ , ºС (w=60 м/с)	120	119,965	118,77	100,201	20	1,515

Таблица 1.9 - Значение температурного напора в сечениях плиты и количество тепла, подведённое к единице площади поверхности за время τ с обеих сторон плиты при температуре пара 150ºС

	Сечение x=0 ,м	Сечение x=0,05 ,м	Сечение x=0,1 ,м	Сечение x=0,15 ,м	Сечение x=0,2 ,м	Количество тепла Q*10-8,
Температурный напор θ , ºС (w=5 м/с)	149,862	149,043	142,389	114,666	50	2,364
Температурный напор θ , ºС (w=10 м/с)	150	149,926	149,623	137,365	50	1,319

.2 Выводы

Процессы теплообмена, при которых температурное поле изменяется не только в пространстве, но и во времени, называются нестационарными. Это и охлаждение воздуха в течение суток, и охлаждение вскипячённой воды в чайнике с течение времени и многие другие. Из указанных примеров можно выделить два основных вида процесса нестационарной теплопроводности. Первый из них, когда нагретое или охлаждённое тело стремится к тепловому равновесию, второй, когда тело претерпевает периодические температурные изменения.

Если нагревать поверхность плиты, то сначала начинают прогреваться поверхностные слои, затем уже тепло начинает поступать в глубинные слои. Тепло от пара к стенке передаётся конвекцией, которая характеризуется интенсивностью теплообмена.

Рисунок 1.1 - Изменение коэффициента теплоотдачи при увеличении скорости и температуры пара.

Из графиков можно сказать, что увеличение скорости пара ведёт к росту коэффициента теплоотдачи. Причём зависимость прямопропорциональная. Однако по мере увеличения температуры пара влияние скорости снижается.

Рисунок 1.2 - Изменение теплового потока при изменении скорости пара, температура пара 1200С

Количество же тепла, необходимое для нагревания поверхности плиты до температуры пара, снижается при увеличении скорости пара. При повышении температуры пара количество необходимого для нагрева поверхности плиты также уменьшается. Этот факт можно объяснить тем, что поток движущегося вдоль поверхности плиты пара конвекцией передаёт тепло поверхностному слою плиты. От поверхности плиты в глубь тепло распространяется теплопроводностью, которая не зависит от скорости и температуры пара. Нагрев поверхности плиты под воздействием пара происходит быстро. За это время поверхностный слой не успевает отдать тепло другим слоям, а при этом получает новые «порции» тепла. Тепло накапливается и, так как нет возможности быстро его передать, поверхность плиты начинает перегреваться. Этот эффект называют тепловым ударом. Так как разность между температурой поверхности плиты и глубинными слоями велика, то такой режим течения пара может привести к возникновению трещин и разрушению плиты. Из полученных графиком можно сделать вывод, что для прогрева плиты за время τ, самым оптимальным является режим течения пара при температуре 120 градусов и скорости ниже 5 м/с, приблизительно 1-2 м/с. Дальнейшее увеличение скорости пара приводит к тепловому удару поверхности плиты. Применение пара с температурой в 150 градусов неприемлемо, так как даже скорость 5 м/с вызывает тепловой удар.

Рисунок 1.3 - Распределение температуры в плите при температуре пара 1200С.

Рисунок 1.4 -Распределение температуры в плите при температуре пара 1500С

2. Передача теплоты через оребрённую поверхность плоской стенки

Задание

Исследовать эффективность оребрения поверхности плоской стенки в зависимости от высоты ребра h и теплопроводныхсвойств его материала при граничных условиях третьего рода.

Плоская стенка с размерами по высоте 800 мм и ширине 1000 мм оребрена продольными рёбрами прямоугольного сечения. По ширине стенки размещено 50 рёбер. Для оптимального размера ребра выполнить расчёты распределения температуры,определить плотность теплового потока, передаваемого ребром, оценить вклад отвода теплоты к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой. Данные к заданию приведены в таблице.

Таблица 2.1 - Данные к заданию

Высота ребра h, мм	Толщина ребра δ, мм	Температура окружающего воздуха tв	Температура у основания ребра t0	Скорость движения воздуха w, м/с
10,20,30,40,50	1	30	90	2,6,12,20

.1 Расчёт

Т.к. плоская оребрённая стенка омывается потоком воздуха, то нам необходимо сначала определить теплофизические свойства воздуха. Для нахождения коэффициента теплоотдачи воздуха нам нужно вычислить :

) критерий Рейнольдса

, (2.1)

где l - высота плиты, т.к. нагретый воздух поднимается снизу вверх вдоль рёбер

) критерий Нуссельта для вынужденной конвекции

(2.2)

) критерий Грасгофа для случая естественной конвекции

, (2.3)

где β=1/273 - температурный коэффициент объёмного расширения воздуха

h - высота стенки

) критерий Нуссельта для случая естественной конвекции

(2.4)

при

Получив значения критерия Нуссельта для различных скоростей и режимов движения воздуха, можно вычислить коэффициент теплоотдачи воздуха по формуле:

(2.5)

где λ - коэффициент теплопроводности воздуха при заданной температуре воздуха

Скорость потока пара w, м/с	Re * 10	Nu	Коэффициент теплоотдачи α,
0	Gr=4,312*10	201,662	6,73
2	1	318,844	10,641
6	3	767,847	25,627
12	6	1337	44,619
20	10	2012	67,143

Зная α, можно вычислить параметр ребра m:

1/м (2.6)

где u - периметр ребра, м;

λ - коэффициент теплопроводности материала ребра, Вт/м*К;

f - площадь сечения ребра, м2;

Таблица 2.3 - Значения параметра ребра m

параметр ребра m, 1/м	Сталь	Медь	Латунь
m, 1/м (при w=0 м/с)	17,116	6,035	11,609
m, 1/м (при w=2 м/с)	21,523	7,589	14,597
m, 1/м (при w=6 м/с)	33,401	11,777	22,653
m, 1/м (при w=12 м/с)	44,072	15,54	29,891
m, 1/м (при w=20 м/с)	54,064	19,063	36,668

Теперь можно найти температурный напор по высоте ребра по формуле:

(2.7)

где θ0 - 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

Таблица 2.5 - Значение температуры ребра высотой 0,02 м

Таблица 2.6 - Значение температуры ребра высотой 0,03 м

Таблица 2.7 - Значение температуры ребра высотой 0,04 м

Таблица 2.8 - Значение температуры ребра высотой 0,05 м

Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, определяется по выражению:

(2.8)

Таблица 2.9 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра

Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, при абсолютной теплопроводности материала ребра (λ= ) и при температуре по всей поверхности ребра, равной температуре в его основании, определяется по формуле:

(2.9)

Таблица 2.10 - Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром при абсолютной теплопроводности материала ребра

Тогда отношение действительного теплового потока к максимальному оценивается коэффициентом эффективности продольного ребра прямоугольного сечения:

(2.10)

Таблица 2.11 - Коэффициент эффективности ребра

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:

(2.11)

После подстановки известных значений можно упростить:

(2.12)

Тепловой поток, отводимый от неоребрённой стенки можно вычислить по формуле:

(2.13)

После упрощения получим:

(2.14)

Тогда коэффициент, учитывающий отношение теплоты, отведённой к окружающему воздуху оребрённой поверхности стенки по сравнению с неоребрённой, вычисляется по формуле:

(2.15)

Таблица 2.12 - Коэффициент эффективности оребрения плоской стенки

.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.

Рисунок 2.1 - Изменение интенсивности теплообмена при увеличении скорости потока воздуха

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 λ. Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладает медь λ=370 Вт/м*К, у латуни λ=100 Вт/м*К, а у стали λ=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 2.2 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,01 м

Рисунок 2.3 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,01 м

Рисунок 2.4 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,01 м

Рисунок 2.5 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,02 м

Рисунок 2.6 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,02 м

Рисунок 2.7 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,02 м

Рисунок 2.8 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,03 м

Рисунок 2.9 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,03 м

Рисунок 2.10 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,03 м

Рисунок 2.11 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,04 м

Рисунок 2.12 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,04 м

Рисунок 2.13 - Распределение температуры в ребре, выполненного из латуни, высотой 0,04 м

Рисунок 2.14 - Распределение температуры в ребре, выполненного из стали, высотой 0,05 м.

Рисунок 2.15 - Распределение температуры в ребре, выполненного из меди, высотой 0,05 м

Рисунок 2.16 - 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.

Рисунок 2.17 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из стали

Рисунок 2.18 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из меди

Рисунок 2.19 - Тепловой поток, передаваемый через основание ребра, выполненного из латуни

Увеличение высоты ребра приводит к тому, что влияние скорости потока на максимальный тепловой поток, передаваемый ребром, уменьшается.

Рисунок 2.20 - Максимальный тепловой поток, передаваемый ребром

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.

Рисунок 2.21 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из стали

Рисунок 2.22 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из меди

Рисунок 2.23 - Коэффициент эффективности ребра, выполненного из латуни

Рисунок 2.24 - Коэффициент эффективности оребрения стенки стальными рёбрами

Рисунок 2.25 - Коэффициент эффективности оребрения стенки медными рёбрами

Рисунок 2.26 - Коэффициент эффективности оребрения стенки латунными рёбрами

3. Конвективный теплообмен при кипении в условиях движения жидкости в трубе

Задание.

Исследовать влияние тепловой нагрузки, скорости движения и параметров состояния среды, размеров трубы на коэффициент теплообмена и определить изменения критической нагрузки от давления и предельно допустимой температуры нагрева стенки трубы при кипении в условиях движения двухфазного потока. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 3.1 - Исходные данные к выполнению задания

Давление p*10-5, Па	Внутренний диаметр труб d*103 , м	Тепловая нагрузка q*10-6 ,Вт/м	Скорость движения потока w, м/с
11, 60, 100	22, 45, 85	0,2; 0,45; 0,65; 0,95	1, 5

.1 Расчёт

При кипении жидкости в трубе для нахождения коэффициента теплоотдачи α нам необходимо сначала вычислить коэффициент теплообмена при пузырьковом режиме кипения жидкости в большом объёме αq и коэффициент теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии αw. Потом определим их отношение, чтобы вычислить значение коэффициента теплообмена при кипении жидкости с учётом движения в трубе.

Для расчёта коэффициента теплообмена при развитом пузырьковом режиме кипения в большом объёме нам необходимо сначала вычислить значение размера l*,, соизмеримого с отрывным диаметром парового пузырька, по формуле:

(3.1)

σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;

Тs = ts + 273 - температура фазового перехода, К;

ρ' , с'р , ν ', а' - плотность, кг/м3, массовая теплоёмкость, Дж/кг*К, коэффициент кинематической вязкости, м2/с, кипящей жидкости;

ρ" - плотность сухого насыщенного пара, кг/м3;

r - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг.

Теплофизические характеристики воды и водяного пара при соответствующих температуре и давлении выбираются из таблиц авторов Ривкина и Александрова.

Таблица 3.2 - Теплофизические характеристики водя и водяного пара

По найденному значению размера l* можем вычислить значение критерия Рейнольдса по формуле:

(3.2)

Как видно, полученные значения Рейнольдса больше 10-2, поэтому критерий Нуссельта вычисляем:

(3.3)

Тогда коэффициент теплообмена при пузырьковом режиме кипения жидкости в большом объёме αq вычисляется по формуле:

(3.4)

Таблица 3.3 - Полученные значения размера l*, критериев Рейнольдса, Нуссельта и коэффициент теплообмена при пузырьковом кипении жидкости в большом объёме

Для расчёта коэффициента теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии αw необходимо получить значения критерия Рейнольдса, вычисляемые по формуле:

(3.5)

Для расчёта критерия Нуссельта нам необходимо знать значение критерия Прандтля для стенки. Это значение табличное, поэтому нужно вычислить температуру стенки.

(3.6)

Таблица 3.4 - Температура стенки трубы и значение критерия Прандтля при этой температуре.

Критерий Нуссельта рассчитывается по формуле:

(3.7)

Тогда коэффициент αw вычисляем по формуле:

(3.8)

Таблица 3.5 - Полученные значения критериев Рейнольдса, Нуссельта и коэффициента теплообмена при движении жидкости в трубе в однофазном состоянии

q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	αw, Вт/м2К
при p=1,1 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,295	259,618	7936
0,45	1,295	260,321	7957
0,65	1,295	260,602	7966
0,95	1,295	260,927	7976
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	6,474	940,827	28760
0,45	6,474	943,376	28840
0,65	6,474	944,396	28870
0,95	6,474	945,574	28900
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	2,649	460,22	6877
0,45	2,649	461,467	6896
0,65	2,649	461,966	6903
0,95	2,649	462,542	6912
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	13,24	1668	24920
0,45	13,24	1672	24990
0,65	13,24	1674	25020
0,95	13,24	1676	25050
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	5,003	765,475	6056
0,45	5,003	767,549	6072
0,65	5,003	768,378	6079
0,95	5,003	769,337	6086
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	25,01	2774	21950
0,45	25,01	2782	22010
0,65	25,01	2785	22030
0,95	25,01	2788	22060
q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	αw, Вт/м2К
при p=6,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,668	299,377	7918
0,45	1,668	298,869	7905
0,65	1,668	298,6	7898
0,95	1,668	298,292	7889
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	8,34	1085	28690
0,45	8,34	1083	28650
0,65	8,34	1082	28620
0,95	8,34	1081	28590
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,412	530,702	6862
0,45	3,412	6851
0,65	3,412	529,324	6844
0,95	3,412	528,778	6837
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	17,06	1923	24870
0,45	17,06	1920	24830
0,65	17,06	1918	24800
0,95	17,06	1916	24780
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	6,444	882,706	6043
0,45	6,444	881,206	6032
0,65	6,444	880,413	6027
0,95	6,444	879,505	6021
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	32,22	3199	21900
0,45	32,22	3193	21860
0,65	32,22	3191	21840
0,95	32,22	3187	21820
q, МВт/ м2	Re* 10-5	Nu	αw, Вт/м2К
при p=10,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	1,719	325,829	7723
0,45	1,719	324,981	7703
0,65	1,719	324,52	7692
0,95	1,719	324,004	7680
d=0,022 м w=5 м/с
0,2	8,694	1181	27990
0,45	8,694	1178	27910
0,65	8,694	1176	27870
0,95	8,694	1174	27830
d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,516	577,592	6693
0,45	3,516	576,089	6676
0,65	3,516	575,273	6666
0,95	3,516	574,358	6655
d=0,045 м w=5 м/с
0,2	17,58	2093	24250
0,45	17,58	2088	24190
0,65	17,58	2085	24160
0,95	17,58	2081	24120
d=0,085 м w=1 м/с
0,2	6,641	960,697	5894
0,45	6,641	958,197	5878
0,65	6,641	965,839	5870
0,95	6,641	955,317	5861
d=0,085 м w=5 м/с
0,2	33,2	3481	21360
0,45	33,2	3472	21300
0,65	33,2	3467	21270
0,95	33,2	3462	21240

Значение коэффициента теплообмена при кипении жидкости с учётом движения жидкости в трубе α рассчитываем, исходя из условия, что:

(3.9)

Таблица 3.6 - Полученные значения коэффициента теплообмена при пузырьковом кипении жидкости в трубе и отношения коэффициентов теплообмена при кипении жидкости в большом объёме и при движении жидкости в однофазном состоянии

q, МВт/м2	αq/αw	α, Вт/м2К	q, МВт/м2	αq/αw	α, Вт/м2К	q, МВт/м2	αq/αw	α, Вт/м2К
p=1,1 МПа d=0,022 м w=1 м/с			при p=6,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с			при p=10,0 МПа d=0,022 м w=1 м/с
0,2	2,654	21060	0,2	3,099	24540	0,2	3,466	26770
0,45	4,484	35680	0,45	5,259	41570	0,45	5,887	45350
0,65	5,689	45320	0,65	6,684	52790	0,65	7,487	57590
0,95	7,272	58000	0,95	8,564	67560	0,95	9,596	73700
d=0,022 м w=5 м/с			d=0,022 м w=5 м/с			d=0,022 м w=5 м/с
0,2	0,732	31890	0,2	0,855	33610	0,2	0,956	34310
0,45	1,237	40140	0,45	1,451	44000	0,45	1,625	46510
0,65	1,57	46880	0,65	1,845	53010	0,65	2,066	57590
0,95	2,007	58000	0,95	2,363	67560	0,95	2,648	73700
d=0,045 м w=1 м/с			d=0,045 м w=1 м/с			d=0,045 м w=1 м/с
0,2	3,062	21060	0,2	3,576	24540	0,2	4	26770
0,45	5,174	35680	0,45	6,068	41570	0,45	6,793	45350
0,65	6,565	45320	0,65	7,713	52790	0,65	8,639	57590
0,95	8,391	58000	0,95	9,882	67560	0,95	11,074	73700
d=0,045 м w=5 м/с			d=0,045 м w=5 м/с			d=0,045 м w=5 м/с
0,2	0,845	29060	0,2	0,987	30900	0,2	1,104	31770
0,45	1,428	37970	0,45	1,674	42360	0,45	1,875	45470
0,65	1,811	45600	0,65	2,129	52790	0,65	2,384	57590
0,95	2,315	58000	0,95	2,726	67560	0,95	3,056	73700
d=0,085 м w=1 м/с			d=0,085 м w=1 м/с			d=0,085 м w=1 м/с
0,2	3,478	21060	0,2	4,061	24540	0,2	4,542	26770	5,876	35680	0,45	6,892	41570	0,45	7,715	45350
0,65	7,455	45320	0,65	8,759	52790	0,65	9,811	57590
0,95	9,53	58000	0,95	11,22	67560	0,95	12,575	73700
d=0,085 м w=5 м/с			d=0,085 м w=5 м/с			d=0,085 м w=5 м/с
0,2	0,959	26940	0,2	1,121	28910	0,2	1,253	29950
0,45	1,621	36620	0,45	1,902	41640	0,45	2,129	45350
0,65	2,057	45320	0,65	2,417	52790	0,65	2,708	57590
0,95	2,629	58000	0,95	3,096	67560	0,95	3,47	73700

Первая критическая плотность теплового потока при кипении в большом объёме (в условиях свободного отвода пара от поверхности нагрева) может быть определена по формуле:

(3.10)

Коэффициент теплообмена αкр вычисляется так же, как и αq, только при q=qкр1.

Тогда предельная температура стенки трубы определяется по формуле:

(3.11)

Таблица 3.7 - Значения критических теплового потока, коэффициента теплообмена и температуры стенки трубы

p, МПа	qкр, МВт/м2	αкр, Вт/м2*К	tкр, 0C
1,1	1,071	62700	200,931
6	0,618	51080	287,514
10	0,4289	43950	320,674

3.2 Выводы

Кипение жидкости в трубе - это сложный процесс, до конца не изученный. Особенность процесса в том, что при кипении жидкости образуется пар и поток становится двухфазным. Кипение жидкости в трубе делят на кипение на твёрдой поверхности и в объёме жидкости. В этой работе будет рассмотрено кипение на твёрдой поверхности, то есть на стенке трубы. Процесс парообразования здесь начинается непосредственно на стенке трубы, так как она имеет наибольшую температуру и происходит перегрев жидкости. Поверхность трубы также имеет шероховатости, на ней могут находиться пузырьки воздуха и пыли, служащие центрами парообразования. Поэтому пузырьки пара начинают зарождаться именно на стенке, чаще всего в углублениях шероховатостей. Пузырёк пара на поверхности стенки характеризуют диаметром и углом краевого смачивания, которые очень важны для оценки процесса теплообмена. Если угол краевого смачивания меньше 90 градусов и диаметр пузырька становится отрывным, тогда пузырёк отрывается от поверхности, если же угол больше 90 градусов, тогда пузырёк не может оторваться, площадь основания пузырька велика, но жидкостью этот участок стенки не смачивается, а значит, снижается интенсивность теплообмена. Однако увеличение теплового потока до некоторой величины приводит к тому, что пузырьки пара у поверхности стенки начинают сливаться, образуя сплошной паровой слой, периодически прорывающийся в жидкость. А так как коэффициент теплопроводности пара значительно меньше коэффициента теплопроводности воды ( в 34 раза), то тепло передаётся от стенки к воде незначительно, что приводит к перегреву стенки и даже её плавлению. Увеличение теплового потока также приводит к турбулизации потока. При этом пристеночный слой частично разрушается, что приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Поэтому при оценке кипения жидкости в трубе надо особое внимание уделять парообразованию на поверхности стенки, которое является определяющим в этом процессе.

Увеличение скорости потока жидкости приводит к тому, что пузырьки пара, не достигнув отрывного диаметра, отрываются от поверхности стенки. То есть увеличение скорости потока жидкости ведёт к турбулизации жидкости, и как следствие, к частичному разрушению пристеночного слоя. При этом интенсивность теплообмена линейно возрастает. То есть увеличение скорости потока до некоторой величины приводит к тому, что интенсивность теплообмена становится функцией теплового потока и дальнейшее увеличение скорости потока не влияет на коэффициент. При низких же скоростях (меньше 1 м/с ) можно сказать, что интенсивность теплообмена зависит от скорости потока, а увеличение количества подводимого тепла не влияет на альфу. В интервале скоростей от 1м/с до 5 м/с коэффициент теплоотдачи является функцией двух переменных - теплового потока и его скорости.

Рисунок 3.1 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=1,1 Мпа

Рисунок 3.2 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=6,0 Мпа

Рисунок 3.3 - Зависимость интенсивности теплообмена от скорости при давлении жидкости p=10,0 МПа

В момент образования пузырька на него действуют две основные силы: сила давления окружающей жидкости и сила натяжения поверхности пузырька. Эти силы должна уравновешивать сила давления внутри пузырька. Однако если давление жидкости принимает такие значения, при которых разность давлений в пузырьке и окружающей жидкости становится меньше силы поверхностного натяжения слоёв пузырька, он не может существовать и развиваться, поэтому и конденсирует. То есть увеличение давления замедляет процесс парообразования, интенсивность теплообмена возрастает за счёт того, что большее количество тепла передаётся жидкой фазе, имеющей гораздо больший коэффициент теплопередачи, чем паровая фаза потока.

Из графиков видно, что при высоких давлениях (порядка 60 - 100 бар) при увеличении теплового потока коэффициент теплоотдачи возрастает линейно. Это значит, что можно говорить, что, начиная с некоторого значения давления (около 60 бар и выше), коэффициент теплоотдачи зависит только от количества подведённого тепла. При низких же давлениях (ниже 11 бар) интенсивность теплообмена зависит только от давления. При давлениях в интервале от 11 до 60 бар коэффициент теплоотдачи зависит и от давления, и от количества подведённого тепла.

Рисунок 3.4 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 1м/с в трубах диаметра 22, 45 и 85 мм

Рисунок 3.5 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 22 мм

Рисунок 3.6 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 45 мм

Рисунок 3.7 - Зависимость интенсивности теплообмена от давления при скорости движения жидкости равной 5 м/с в трубе диаметра 85 мм

Геометрические размеры трубы являются важным критерием оценки процесса кипения жидкости в трубе. При различных диаметрах трубы жидкость движется различно. Если рассматривать случай, когда скорость потока в трубе 5 м/с, то при диаметре 85 мм происходит ламинарный режим течения потока. У поверхности стенки образуется паровой слой, который снижает интенсивность теплообмена. По мере уменьшения диаметра трубы происходит турбулизация потока и, как следствие, разрушение пристеночного слоя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.

Из графиком видно, что начиная с диаметра трубы 45 мм и меньше, коэффициент теплоотдачи зависит только от количества подведённого тепла. Увеличение же диаметра снижает зависимость интенсивности теплообмена от количества подведённого тепла.

Рисунок 3.8 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 1,1 Мпа

Рисунок 3.9 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 6,0 Мпа

Рисунок 3.10 - Зависимость интенсивности теплообмена от диаметра трубы и плотности теплового потока при скорости движения жидкости равной 5 м/с и давлении 10,0 МПа

На интенсивность теплообмена существенное влияние оказывает коэффициент теплопроводности жидкости, который уменьшается при увеличении давление. Это происходит потому, что рост давления приводит к увеличению вязкости среды, а если учитывать, что вязкость мешает перемешиванию жидкости, обусловленному процессом парообразования у поверхности стенки, то происходит уменьшение коэффициента теплопроводности, а значит снижается и интенсивность теплообмена.

4. Конвективный теплообмен при плёночной конденсации пара

Задание.

Исследовать влияние параметров состояния пара, его скорости движения, диаметра трубки на коэффициент теплообмена при плёночной конденсации пара для вертикального и горизонтального расположения трубки.

В расчётах учесть коридорную и шахматную компоновку трубок в пучке, эффект от повышения давления пара, степени паросодержания и перегрева пара, зависимость физических параметров теплоносителя от температуры, содержания воздуха в паре, волновой характер течения конденсатной плёнки, а также особенности теплообмена при вертикальном и горизонтальном расположении труб.

Оценить возможность применения конденсатоотводчиков на поверхности вертикально располагаемых трубок.

Рассчитать среднее значение коэффициентов теплообмена, потоки теплоты и количество конденсирующегося пара на поверхностях труб в пучке. Данные к заданию приведены в таблице.

Таблица 4.1 - Исходные данные к выполнению задания

4.1 Расчёт

Коэффициент теплообмена при конденсации пара рассчитывается через критерий Нуссельта, который в свою очередь вычисляется через критерии Архимеда или Галилея, Прандтля и Кутателадзе.

Критерий Архимеда для вертикальной трубы вычисляется по формуле:

(4.1)

Критерий Галилея принимают вместо критерия Архимеда, если плотность пара не соизмерима с плотностью конденсата:

(4.2)

Для случая горизонтальной трубы вместо h в формуле принимаем d трубы.

Критерий Кутателадзе:

(4.3)

λ - коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/м*К

ρ' и ρ" - плотность жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м3

r - удельная теплота фазового перехода, Дж/кг

ν - коэффициент кинематической вязкости жидкости, м2/с

h - высота вертикальной стенки, м

tc - температура стенки, 0С

d - диаметр трубы, м

По полученным значениям критериев можно вычислить критерий Нуссельта для вертикальной трубы по формуле:

(4.4)

Критерий Нуссельта для горизонтальной трубы вычисляется по формуле:

(4.5)

По полученным значениям критерия Нуссельта вычислим среднее значение коэффициента теплообмена при конденсации сухого насыщенного пара на трубе.

(4.6)

Таблица 4.2 - Влияние давления на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	Ga	Ka	Nu	α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006
4	1,535*1014	144,515	16970	5333
6	1,535*1014	96,343	15340	4819
10	1,535*1014	57,806	13500	4241
12	1,535*1014	48,172	12900	4052
вертикальная l=4м
4	1,228*1015	144,515	28540	4485,0
6	1,228*1015	96,343	25790	4052,0
10	1,228*1015	57,806	22700	3567,0
12	1,228*1015	48,172	21690	3408,0
горизонтальная d=0.018м
4	1,119*108	144,515	382,862	13370,0
6	1,119*108	96,343	345,955	12080,0
10	1,119*108	57,806	304,479	10630,0
12	1,119*108	48,172	290,912	10160,0
горизонтальная d=0.022м
4	2,043*108	144,515	445,046	12710
6	2,043*108	96,343	402,145	11490
10	2,043*108	57,806	353,932	10110
12	2,043*108	48,172	338,162	9660
вертикальная l=2м p=0.06
4	6,714*1014	136,219	19630	6651
6	6,714*1014	90,813	17740	6010
10	6,714*1014	54,488	15610	5289
12	6,714*1014	45,406	14920	5054
вертикальная l=4м
4	5,371*1015	136,219	33020	5593
6	5,371*1015	90,813	29830	5054
10	5,371*1015	54,488	26260	4448
12	5,371*1015	45,406	25090	4249
горизонтальная d=0.018м
4	4,895*108	136,219	442,855	16670
6	4,895*108	90,813	400,165	15060
10	4,895*108	54,488	352,19	13260
12	4,895*108	45,406	336,497	12670
горизонтальная d=0.022м
4	8,937*108	136,219	514,783	15850
6	8,937*108	90,813	465,159	14330
10	8,937*108	54,488	409,392	12610
12	8,937*108	45,406	391,151	12050
Δt, 0C	Ar	Ka	Nu	α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6
4	6,71*1014	119,486	21700	7412
6	6,71*1014	79,658	19610	6698
10	6,71*1014	47,795	17260	5895
12	6,71*1014	39,829	16490	5632
вертикальная l=4м
4	1,69*1016	36500	6233
6	1,69*1016	79,658	32980	5632
10	1,69*1016	47,795	29020	4957
12	1,69*1016	39,829	27730	4736
горизонтальная d=0.018м
4	1,54*109	119,486	489,532	18580
6	1,54*109	79,658	442,342	16790
10	1,54*109	47,795	389,311	14770
12	1,54*109	39,829	371,964	14120
горизонтальная d=0.022м
4	2,82*109	119,486	569,042	17670
6	2,82*109	79,658	514,187	15970
10	2,82*109	47,795	452,542	14050
12	2,82*109	39,829	432,378	13430
вертикальная l=2м p=6
4	4,51*1015	72,712	21920	6376
6	4,51*1015	48,475	19810	5761
10	4,51*1015	29,085	17440	5070
12	4,51*1015	24,237	16660	4844
вертикальная l=4м
4	1,69*1016	72,712	36870	5361
6	1,69*1016	48,475	33320	4844
10	1,69*1016	29,085	29320	4264
12	1,69*1016	24,237	28020	4074
горизонтальная d=0.018м
4	3,29*109	72,712	494,551	15980
6	3,29*109	48,475	446,878	14440
10	3,29*109	29,085	393,302	12710
12	3,29*109	24,237	375,778	12140
горизонтальная d=0.022м
4	6*109	72,712	574,876	15200
6	6*109	48,475	519,459	13730
10	6*109	29,085	457,182	12090
12	6*109	24,237	436,811	11550

Влияние степени сухости пара учитывается критерием Кутателадзе Ка. Для влажного пара значение критерия Ка определяется по формуле:

(4.6)

Таблица 4.3 - Влияние степени сухости пара на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	Ga	Ka	Nu	α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006 x=0,5
4	1,535*1014	72,258	14270	4485
6	1,535*1014	48,172	12900	4052
10	1,535*1014	28,903	11350	3567
12	1,535*1014	24,086	10840	3408
x=0,8
4	1,535*1014	115,612	16050	5044
6	1,535*1014	77,075	14500	4558
10	1,535*1014	46,245	12770	4011
12	1,535*1014	38,537	12200	3833
x=1
4	1,535*1014	144,515	16970	5333
6	1,535*1014	96,343	15340	4819
10	1,535*1014	57,806	13500	4241
12	1,535*1014	48,172	12900	4052
вертикальная l=4м x=0,5
4	1,228*1015	72,258	24000	3771
6	1,228*1015	48,172	21690	3408
10	1,228*1015	28,903	19090	2999
12	1,228*1015	24,086	18240	2866
x=0,8
4	1,228*1015	115,612	27000	4241
6	1,228*1015	77,075	24390	3833
10	1,228*1015	46,245	21470	3373
12	1,228*1015	38,537	20510	3223
x=1
4	1,228*1015	144,515	28540	4485
6	1,228*1015	96,343	25790	4052
10	1,228*1015	57,806	22700	3567
12	1,228*1015	48,172	21690	3408
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	1,119*108	72,258	321,947	11240
6	1,119*108	48,172	290,912	10160
10	1,119*108	28,903	256,035	8940
12	1,119*108	24,086	244,627	8541
x=0,8
4	1,119*108	115,612	362,089	12640
6	1,119*108	77,075	327,184	11420
10	1,119*108	46,245	287,959	10050
12	1,119*108	38,537	275,128	9606
x=1
4	1,119*108	144,515	382,862	13370
6	1,119*108	96,343	345,955	12080
10	1,119*108	57,806	304,479	10630
12	1,119*108	48,172	290,912	10160
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	2,043*108	72,258	374,238	10690
6	2,043*108	48,172	338,162
10	2,043*108	28,903	297,62	8502
12	2,043*108	24,086	284,359	8123
x=0,8
4	2,043*108	115,612	420,899	12020
6	2,043*108	77,075	380,325	10860
10	2,043*108	46,245	334,728	9562
12	2,043*108	38,537	319,814	9136
x=1
4	2,043*108	144,515	445,046	12710
6	2,043*108	96,343	402,145	11490
10	2,043*108	57,806	353,932	10110
12	2,043*108	48,172	338,162	9660
вертикальная l=2м p=0.06 x=0,5
4	6,714*1014	68,11	16510	5593
6	6,714*1014	45,406	14920	5054
10	6,714*1014	27,244	13130	4448
12	6,714*1014	22,703	12540	4249
x=0,8
4	6,714*1014	108,975	18570	6290
6	6,714*1014	72,65	16780	5684
10	6,714*1014	43,59	14770	5002
12	6,714*1014	36,325	14110	4779
x=1
4	6,714*1014	136,219	19630	6651
6	6,714*1014	90,813	17740	6010
10	6,714*1014	54,488	15610	5289
12	6,714*1014	45,406	14920	5054
вертикальная l=4м x=0,5
4	5,371*1015	68,11	27760	4703
6	5,371*1015	45,406	25090	4249
10	5,371*1015	27,244	22080	3740
12	5,371*1015	22,703	21100	3573
x=0,8
4	5,371*1015	108,975	31230	5289
6	5,371*1015	72,65	28220	4779
10	5,371*1015	43,59	24830	4206
12	5,371*1015	36,325	23730	4019
x=1
4	5,371*1015	136,219	33020	5593
6	5,371*1015	90,813	29830	5054
10	5,371*1015	54,488	26260	4448
12	5,371*1015	45,406	25090	4249
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	4,895*108	68,11	372,395	14020
6	4,895*108	45,406	336,497	12670
10	4,895*108	27,244	296,155	11150
12	4,895*108	22,703	282,959	10650
x=0,8
4	4,895*108	108,975	418,827	15770
6	4,895*108	72,65	378,453	14250
10	4,895*108	43,59	333,081	12540
12	4,895*108	36,325	318,239	11980
x=1
4	4,895*108	136,219	442,855	16670
6	4,895*108	90,813	400,165	15060
10	4,895*108	54,488	352,19	13260
12	4,895*108	45,406	336,497	12670
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	8,937*108	68,11	432,879	13330
6	8,937*108	45,406	391,151	12050
10	8,937*108	27,244	344,256	10600
12	8,937*108	22,703	328,917	10130
x=0,8
4	8,937*108	108,975	486,852	14990
6	8,937*108	72,65	439,92	13550
10	8,937*108	43,59	387,179	11920
12	8,937*108	36,325	369,927	11390
x=1
4	8,937*108	136,219	514,783	15850
6	8,937*108	90,813	465,159	14330
10	8,937*108	54,488	409,392	12610
12	8,937*108	45,406	391,151	12050
Δt, 0C	Ar	Ka	Nu	α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6 x=0,5
4	2,118*1015	59,743	18250	6233
6	2,118*1015	39,829	16490	5632
10	2,118*1015	23,897	14510	4957
12	2,118*1015	19,914	13870	4736
x=0,8
4	2,118*1015	95,589	20520	7010
6	2,118*1015	63,726	18550	6334
10	2,118*1015	38,236	16320	5575
12	2,118*1015	31,863	15590
x=1
4	2,118*1015	119,486	21700	7412
6	2,118*1015	79,658	19610	6698
10	2,118*1015	47,795	17260	5895
12	2,118*1015	39,829	16490	5632
вертикальная l=4м x=0,5
4	1,694*1016	59,743	30690	5241
6	1,694*1016	39,829	27730	4736
10	1,694*1016	23,897	24410	4168
12	1,694*1016	19,914	23320	3982
x=0,8
4	1,694*1016	95,589	34520	5895
6	1,694*1016	63,726	31190	5326
10	1,694*1016	38,236	27450	4688
12	1,694*1016	31,863	26230	4479
x=1
4	1,694*1016	119,486	36500	6233
6	1,694*1016	79,658	32980	5632
10	1,694*1016	47,795	29020	4957
12	1,694*1016	39,829	27730	4736
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	1,544*109	59,743	411,646	15620
6	1,544*109	39,829	371,964	14120
10	1,544*109	23,897	327,37	12420
12	1,544*109	19,914	312,783	11870
x=0,8
4	1,544*109	95,589	462,971	17570
6	1,544*109	63,726	418,342	15880
10	1,544*109	38,236	368,187	13970
12	1,544*109	31,863	351,782	13350
x=1
4	1,544*109	119,486	489,532	18580
6	1,544*109	79,658	442,342	16790
10	1,544*109	47,795	389,311	14770
12	1,544*109	39,829	371,964	14120
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	2,819*109	59,743	478,505	14860
6	2,819*109	39,829	432,378	13430
10	2,819*109	23,897	380,541	11820
12	2,819*109	19,914	363,585	11290
x=0,8
4	2,819*109	95,589	538,166	16710
6	2,819*109	63,726	486,288	15100
10	2,819*109	38,236	427,988	13290
12	2,819*109	31,863	408,918	12700
x=1
4	2,819*109	119,486	569,042	17670
6	2,819*109	79,658	514,187	15970
10	2,819*109	47,795	452,542	14050
12	2,819*109	39,829	432,378	13430
вертикальная l=2м p=6 x=0,5
4	4,508*1015	36,356	18440	5361
6	4,508*1015	24,237	16660	4844
10	4,508*1015	14,542	14660	4264
12	4,508*1015	12,119	14010	4074
x=0,8
4	4,508*1015	58,17	20730	6030
6	4,508*1015	38,78	18740	5448
10	4,508*1015	23,268	16490	4795
12	4,508*1015	19,39	15750	4581
x=1
4	4,508*1015	72,712	21920	6376
6	4,508*1015	48,475	19810	5761
10	4,508*1015	29,085	17440	5070
12	4,508*1015	24,237	16660	4844
вертикальная l=4м x=0,5
4	3,607*1016	36,356	31000	4508
6	3,607*1016	24,237	28020	4074
10	3,607*1016	14,542	24660	3585
12	3,607*1016	12,119	23560	3425
x=0,8
4	3,607*1016	58,17	34870	5070
6	3,607*1016	38,78	31510	4581
10	3,607*1016	23,268	27730	4032
12	3,607*1016	19,39	26500	3853
x=1
4	3,607*1016	72,712	36870	5361
6	3,607*1016	48,475	33320	4844
10	3,607*1016	29,085	29320	4264
12	3,607*1016	24,237	28020	4074
горизонтальная d=0.018м x=0,5
4	3,287*109	36,356	415,867	13440
6	3,287*109	24,237	375,778	12140
10	3,287*109	14,542	10690
12	3,287*109	12,119	315,99	10210
x=0,8
4	3,287*109	58,17	467,718	15110
6	3,287*109	38,78	422,631	13660
10	3,287*109	23,268	371,962	12020
12	3,287*109	19,39	355,389	11480
x=1
4	3,287*109	72,712	494,551	15980
6	3,287*109	48,475	446,878	14440
10	3,287*109	29,085	393,302	12710
12	3,287*109	24,237	375,778	12140
горизонтальная d=0.022м x=0,5
4	6,001*109	36,356	483,411	12780
6	6,001*109	24,237	436,811	11550
10	6,001*109	14,542	384,443	10160
12	6,001*109	12,119	367,313	9711
x=0,8
4	6,001*109	58,17	543,684	14370
6	6,001*109	38,78	491,274	12990
10	6,001*109	23,268	432,376	11430
12	6,001*109	19,39	413,111	10920
x=1
4	6,001*109	72,712	574,876	15200
6	6,001*109	48,475	519,459	13730
10	6,001*109	29,085	457,182	12090
12	6,001*109	24,237	436,811	11550

Для перегретого пара критерий Кутателадзе вычисляется по формуле:

(4.7)

где hп и h" - энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара

Энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара являются табличными значениями, поэтому эти данные приведены в таблице.

Таблица 4.4 - Табличные значения энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара

tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг	tпр,0C	h, Дж/кг
p=0,006 МПа		p=0,06 МПа		p=0,6 МПа		p=6МПа
0	2567,088	0	2653,582	0	2756,413	0	2783,431
6	2578,397	6	2665,494	6	2770,197	6	2808,392
12	2589,732	12	2677,314	12	2783,835	12	2833,359
20	2604,835	20	2693,074	20	2802,141	20	2868,022

Таблица 4.5 - Влияние степени перегрева пара на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	Ga		Ka		Nu		α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.006 tпр =6
4	1,535*1014		145,192		16990		5340
6	1,535*1014		96,794		15350		4825
10	1,535*1014		58,077		13510		4246
12	1,535*1014		48,397		12910		4057
			tпр=12
4	1,535*1014		145,87		17010		5346
6	1,535*1014		97,247		15370		4830
10	1,535*1014		58,348		13530		4251
12	1,535*1014		48,623		12930		4062
			tпр =20
4	1,535*1014		146,773		17040		5354
6	1,535*1014		97,849		15400		4838
10	1,535*1014		58,709		13550		4258
12	1,535*1014		48,924		12950		4068
вертикальная l=4м tпр =6
4	1,228*1015		145,192		28580		4490
6	1,228*1015		96,794		25820		4057
10	1,228*1015		58,077		22730		3571
12	1,228*1015		48,397		21710		3412
			tпр =12
4	1,228*1015		145,87		28610		4495
6	1,228*1015		97,247		25850		4062
10	1,228*1015		58,348		22750		3575
12	1,228*1015		48,623		21740		3416
			tпр =20
4	1,228*1015		146,773		28650		4502
6	1,228*1015		97,849		25890		4068
10	1,228*1015		58,709		22790		3580
12	1,228*1015		48,924		21770		3421
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	1,119*108		145,192		383,309		13380
6	1,119*108		96,794		346,359		12090
10	1,119*108		58,077		304,835		10640
12	1,119*108		48,397		291,252		10170
			tпр =12
4	1,119*108		145,87		383,756		13400
6	1,119*108		97,247		346,763		12110
10	1,119*108		58,348		305,19		10660
12	1,119*108		48,623		291,592		10180
			tпр =20
4	1,119*108		146,773		384,349
6	1,119*108		97,849		347,299		12130
10	1,119*108		58,709		305,662		10670
12	1,119*108		48,924		292,042		10200
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	2,043*108		145,192		445,566		12730
6	2,043*108		96,794		402,614		11500
10	2,043*108		58,077		354,346		10120
12	2,043*108		48,397		338,557		9672
			tпр =12
4	2,043*108		145,87		446,085		12740
6	2,043*108		97,247		403,084		11510
10	2,043*108		58,348		354,759		10130
12	2,043*108		48,623		338,952		9683
			tпр =20
4	2,043*108		146,773		446,775		12760
6	2,043*108		97,849		403,706		11530
10	2,043*108		58,709		355,307		10150
12	2,043*108		48,924		339,475		9698
вертикальная l=2м p=0.06 tпр =6
4	6,714*1014		136,927		19660		6659
6	6,714*1014		91,284		17760		6017
10	6,714*1014		54,771		15630		5296
12	6,714*1014		45,642		14940		5060
			tпр =12
4	6,714*1014		137,629		19680		6668
6	6,714*1014		91,752		17790		6025
10	6,714*1014		55,051		15650		5303
12	6,714*1014		45,876		14960		5067
			tпр =20
4	6,714*1014		138,565		19720		6679
6	6,714*1014		92,376		17820		6035
10	6,714*1014		55,426		15680		5312
12	6,714*1014		46,188		14980		5075
вертикальная l=4м tпр =6
4	5,371*1015		136,927		33060		5600
6	5,371*1015		91,284		29870		5060
10	5,371*1015		54,771		26290		4453
12	5,371*1015		45,642		25120		4255
			tпр =12
4	5,371*1015		137,629		33100		5607
6	5,371*1015		91,752		29910		5067
10	5,371*1015		55,051		26320		4459
12	5,371*1015		45,876		25150		4260
			tпр =20
4	5,371*1015		138,565		33160		5617
6	5,371*1015		92,376		29960		5075
10	5,371*1015		55,426		26370		4467
12	5,371*1015		46,188		25190		4268
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	4,895*108		136,927		443,429		16690
6	4,895*108		91,284		400,683		15080
10	4,895*108		54,771		352,646		13270
12	4,895*108		45,642		336,933		12680
			tпр =12
4	4,895*108		137,629		443,996		16710
6	4,895*108		91,752		401,196		15100
10	4,895*108		55,051		353,097		13290
12	4,895*108		45,876		337,364		12700
			tпр =20
4	4,895*108		138,565		444,749		16740
6	4,895*108		92,376		401,876		15130
10	4,895*108		55,426		353,696		13310
12	4,895*108		46,188		337,936		12720
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	8,937*108		136,927		515,45		15870
6	8,937*108		91,284		465,762		14340
10	8,937*108		54,771		409,923		12620
12	8,937*108		45,642		391,658		12060
			tпр =12
4	8,937*108		137,629		516,11		15900
6	8,937*108		91,752		466,358		14360
10	8,937*108		55,051		410,447		12640
12	8,937*108		45,876		392,159		12080
			tпр =20
4	8,937*108		138,565		516,985		15920
6	8,937*108		92,376		467,149		14390
10	8,937*108		55,426		411,143
12	8,937*108		46,188		392,824		12100
Δt, 0C	Ar		Ka		Nu		α, Вт/м2*К
вертикальная l=2м p=0.6 tпр =6
4	2,118*1015	120,276		21740		7424
6	2,118*1015	80,184		19640		6709
10	2,118*1015	48,11		17290		5904
12	2,118*1015	40,092		16520		5641
		tпр =12
4	2,118*1015	121,057		21770		7436
6	2,118*1015	80,705		19670		6720
10	2,118*1015	48,423		17310		5914
12	2,118*1015	40,352		16540		5650
		tпр =20
4	2,118*1015	122,106		21820		7452
6	2,118*1015	81,404		19720		6734
10	2,118*1015	48,842		17350		5927
12	2,118*1015	40,702		16580		5663
вертикальная l=4м tпр =6
4	1,694*1016	120,276		36560		6243
6	1,694*1016	80,184		33030		5641
10	1,694*1016	48,11		29070		4965
12	1,694*1016	40,092		27780		4744
		tпр =12
4	1,694*1016	121,057		36620		6253
6	1,694*1016	80,705		33090		5650
10	1,694*1016	48,423		29120		4973
12	1,694*1016	40,352		27820		4751
		tпр =20
4	1,694*1016	122,106		36690		6267
6	1,694*1016	81,404		33160		5663
10	1,694*1016	48,842		29180		4984
12	1,694*1016	40,702		27880		4762
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	1,544*109	120,276		490,339		18610
6	1,544*109	80,184		443,071		16810
10	1,544*109	48,11		389,952		14800
12	1,544*109	40,092		372,577		14140
		tпр =12
4	1,544*109	121,057		491,133		18640
6	1,544*109	80,705		443,789		16840
10	1,544*109	48,423		390,584		14820
12	1,544*109	40,352		373,181		14160
		tпр =20
4	1,544*109	122,106		492,193		18680
6	1,544*109	81,404		444,747		16880
10	1,544*109	48,842		391,427		14860
12	1,544*109	40,702		373,986		14190
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	2,819*109	120,276		569,979		17700
6	2,819*109	80,184		515,034		15990
10	2,819*109	48,11		453,288		14070
12	2,819*109	40,092		433,091		13450
		tпр =12
4	2,819*109	121,057		570,903		17730
6	2,819*109	80,705		515,869		16020
10	2,819*109	48,423		454,022		14100
12	2,819*109	40,352		433,792		13470
		tпр =20
4	2,819*109	122,106		572,135		17770
6	2,819*109	81,404		516,982		16050
10	2,819*109	48,842		455,002		14130
12	2,819*109	40,702		434,728		13500
вертикальная l=2м p=6 tпр =6
4	4,508*1015	73,869		22010		6401
6	4,508*1015	49,246		19890		5784
10	4,508*1015	29,548		17500		5090
12	4,508*1015	24,623		16720		4863
		tпр =12
4	4,508*1015	75,026		22100		6426
6	4,508*1015	50,017		19970		5806
10	4,508*1015	30,010		17570		5110
12	4,508*1015	25,009		16790		4882
		tпр =20
4	4,508*1015	76,632		22210		6460
6	4,508*1015	51,088		20070		5837
10	4,508*1015	30,653		17670		5137
12	4,508*1015	25,544		16880		4908
вертикальная l=4м tпр =6
4	3,607*1016	73,869		37020		5382
6	3,607*1016	49,246		33450		4863
10	3,607*1016	29,548		29440		4280
12	3,607*1016	24,623		28130		4090
		tпр =12
4	3,607*1016	75,026		5403
6	3,607*1016	50,017		33580		4882
10	3,607*1016	30,010		29550		4297
12	3,607*1016	25,009		28240		4106
		tпр =20
4	3,607*1016	76,632		37360		5432
6	3,607*1016	51,088		33760		4908
10	3,607*1016	30,653		29710		4320
12	3,607*1016	25,544		28390		4127
горизонтальная d=0.018м tпр =6
4	3,287*109	73,869		496,507		16040
6	3,287*109	49,246		448,644		14500
10	3,287*109	29,548		394,857		12760
12	3,287*109	24,623		377,263		12190
		tпр =12
4	3,287*109	75,026		498,439		16110
6	3,287*109	50,017		450,391		14550
10	3,287*109	30,010		396,394		12810
12	3,287*109	25,009		378,732		12240
		tпр =20
4	3,287*109	76,632		501,086		16190
6	3,287*109	51,088		452,782		14630
10	3,287*109	30,653		398,499		12880
12	3,287*109	25,544		380,743		12300
горизонтальная d=0.022м tпр =6
4	6,001*109	73,869		577,149		15260
6	6,001*109	49,246		521,513		13790
10	6,001*109	29,548		458,989		12130
12	6,001*109	24,623		438,538		11590
		tпр =12
4	6,001*109	75,026		579,395		15320
6	6,001*109	50,017		523,543		13840
10	6,001*109	30,010		460,776		12180
12	6,001*109	25,009		440,245		11640
		tпр =20
4	6,001*109	76,632		582,472		15400
6	6,001*109	51,088		526,323		13910
10	6,001*109	30,653		463,223		12250
12	6,001*109	25,544		442,583		11700

Изменение физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода учитывается коэффициентом:

(4.8)

где величины λс и μс выбираются из таблиц при температуре стенки tc, а λs и μs - при температуре насыщения ts.

Таблица 4.6 - Значение коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости при tc

tc, 0C	λ102, Вт/мК	μ106, Пас	tc, 0C	λ102, Вт/мК	μ106, Пас
p=0,006 МПа			p=0,06 МПа
32,16	62,1672	769,539	81,926	67,5156	346,975
30,16	61,8272	799,068	79,926	67,3956	355,073
26,16	61,0704	879,282	75,926	67,1556	375,458
24,16	60,6904	919,809	73,926	67,0356	385,689
tc, 0C	λ102, Вт/мК	μ106, Пас	tc, 0C	λ102, Вт/мК	μ106, Пас
p=0,6 МПа			p=6МПа
154,83	68,3517	179,931	271,59	58,7615	101,478
152,83	68,3717	182,504	269,59	59,0615	102,229
148,83	68,4117	187,879	265,59	59,6615	103,72
146,83	68,4317	190,835	263,59	59,9615	104,459

Таблица 4.7 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	ε	α, Вт/м2*К горизонтальной трубы d=0,018 м	α, Вт/м2*К горизонтальной трубы d=0,022 м	α, Вт/м2*К вертикальной трубы d=0,018 м	α, Вт/м2*К вертикальной трубы d=0,018 м
p=0,006 МПа
4	0,986	13182,82	12532,06	5333,0	4485,0
6	0,978	11814,24	11237,22	4819,0	4052,0
10	0,963	10236,69	9735,93	4241,0	3567,0
12	0,956	9712,96	9234,96	4052,0	3408,0
p=0,06 МПа
4	0,993	16553,31	15739,05	6651,0	5593,0
6	0,989	14894,34	14172,37	6010,0	5054,0
10	0,981	13008,06	12370,41	5289,0	4448,0
12	0,977	12378,59	11772,85	5054,0	4249,0
p=0,6 МПа
4	0,997	18524,26	17616,99	7412,0	6233,0
6	0,995	16706,05	15890,15	6698,0	5632,0
10	0,992	14651,84	13937,6	5895,0	4957,0
12	0,99	13978,8	13295,7	5632,0	4736,0
p=6,0МПа
4	1,002	16011,96	15230,4	6376,0	5361,0
6	1,003	14483,32	13771,19	5761,0	4844,0
10	1,005	12773,55	12150,45	5070,0	4264,0
12	1,006	12212,84	11619,3	4844,0	4074,0

На вертикальных поверхностях под действием сил поверхностного натяжения сконденсированной среды развивается волновое течение плёнки конденсата. Его влияние учитывается коэффициентом:

(4.9)

Критерий Рейнольдса вычисляется по формуле:

При конденсации пара на горизонтальной трубе волновое течение не успевает развиться, и поэтому этот фактор не учитывается.

Таблица 4.8 - Влияние волнового характера движения плёнки на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	Ga	Re	ε	α, Вт/м2*К
h=2 м p=0,006 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=0,06 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=0,6 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=6 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

(4.11)

где ; (4.12)

; (4.13)

; (4.14)

w- скорость в среднем сечении пучка, м/с

d- наружный диаметр трубы, м

Таблица 4.9 - Влияние попутного движения пара на коэффициент теплообмена

Δt, 0C	R	Fr	Ka	x	ε	α, Вт/м2*К h=2 м	α, Вт/м2*К h=4 м
р=0,006	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=16 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=0,06	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
4	123,55	362,442	1,733*109	276,00	6,79	45160,29	37976,47	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=0,022м
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=16 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=0,6	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=16 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=6	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
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=0,022м
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=16 м/с	d=0,018м							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=0,022м
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

(4.15)

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

(4.16)

Таблица 4.10 - Влияние наличия в паре воздуха на коэффициент теплообмена

pв, МПа	pп, МПа	tж, 0C	tc, 0C	ε	α, Вт/м2*К h=2 м	α, Вт/м2*К h=4 м	α, Вт/м2*К d=0,018 м	α, Вт/м2*К d=0,022 м
р=0,006	МПа	r=6
0,00012	0,00588	35,792	32,16	0,908	4842,36	4072,38	12139,96	11540,68
0,00012	0,00588	35,792	30,16	0,939	4525,04	3804,828	11343,12	10789,11
0,00012	0,00588	35,792	26,16	0,963	4084,08	3435,021	10236,69	9735,93
0,00012	0,00588	35,792	24,16	0,969	3926,38	3302,352	9845,04	9360,54
r=12
0,00036	0,00564	35,037	32,16	0,719	3834,42	3224,715	9613,03	9138,49
0,00036	0,00564	35,037	30,16	0,813	3917,84	3294,276	9821,04	9341,37
0,00036	0,00564	35,037	26,16	0,888	3766,00	3167,496	9439,44	8977,68
0,00036	0,00564	35,037	24,16	0,906	3671,11	3087,648	9204,96	8751,96
r=20
0,0006	0,0054	34,252	32,16	0,523	2789,15	2345,655	6992,51	6647,33
0,0006	0,0054	34,252	30,16	0,682	3286,55	2763,464	8238,56	7836,18
0,0006	0,0054	34,252	26,16	0,809	3430,96	2885,703	8599,67	8178,99
0,0006	0,0054	34,252	24,16	0,841	3407,73	2866,128	8544,56	8124,06
р=0,06	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	5013,97	4216,704	12570,48	11954,28
0,0012	0,0588	85,408	73,926	0,957	4836,67	4066,293	12125,19	11531,85
r=12
0,0036	0,0564	84,346	81,926	0,605	4023,85	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	4453,33	3745,216	11164,92	10617,62
0,0036	0,0564	84,346	73,926	0,868	4386,87	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	3871,54	3255,936	9706,32	9230,52
0,006	0,054	83,246	73,926	0,777	3926,95	3301,473	9844,59	9362,85
р=0,6	МПа	r=6
0,012	0,588	158,04	154,83	0,802	5944,42	4998,866	14901,16	14171,34
0,012	0,588	152,83	0,868	5813,86	4888,576	14573,72	13861,96
0,012	0,588	158,04	148,83	0,921	5429,29	4565,397	13603,17	12940,05
0,012	0,588	158,04	146,83	0,934	5260,28	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	3495,73	2939,501	8758,61	8331,65
0,06	0,54	154,76	146,83	0,661	3722,75	3130,496	9333,32	8877,23
р=6	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	2102,29	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 (4.17)

Отсюда число конденсатоотводчиков определяется по формуле:

(4.18)

Таблица 4.11 - 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:

(4.19)

где α1 - коэффициент теплообмена для первого ряда труб пучка, рассчитываемого с учётом влияния давления пара и изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода;

αi - коэффициент теплоотдачи последующих рядов труб в пучке, определяемых из выражения αi = εi * α1 c использованием коэффициентов εi, являющихся табличными значениями.

Таблица 4.12 - Значение среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке с шахматной и коридорной компоновкой труб в пучке

Δt, 0C	α, Вт/м2*К d=0,018 м шахматный порядок	α, Вт/м2*К d=0,022 м шахматный порядок	α, Вт/м2*К d=0,018 м коридорный порядок	α, Вт/м2*К d=0,022 м коридорный порядок
	p=0,006 МПа
4	11120	10570	9689	9211
6	9968	9481	8683	8259
10	8637	8215	7524	7156
12	8195	7792	7139	6788
	p=0,06 МПа
4	13970	13280	12170	11570
6	12570	11960	10950	10420
10	10980	10440	9561	9092
12	10440	9933	9098	8653
	p=0,6 МПа
4	15630	14860	13620	12950
6	14100	13410	12280	11680
10	12360	11760	10770	10240
12	11790	11220	10270	9772
	p=6 МПа
4	13510	12850	11770	11190
6	12220	11620	10650	10120
10	10780	10250	9389	8931
12	10300	9804	8976	8540

Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб определяется по формуле:

(4.20)

где

(4.21)

n0 - общее число труб в пучке.

Таблица 4.13 - Значение общей площади теплообменной поверхности

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 4.14 - Значение мощности теплового потока при конденсации пара на пучке труб шахматной и коридорной компоновок труб

Δt, 0C	Q, Вт Шахматная компоновка		Q, Вт Шахматная компоновка
	d=0,018 м l=2 м	d=0,018 м l=4м	d=0,022 м l=2 м	d=0,022 м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	442709,44	885374,4	514293,92	1028587,84
6	595269,02	1190478,24	691961,3	1383922,608
10	859640,61	1719194,85	999272,6	1998545,2
12	978778,02	1957457,7	1137382,7	2274765,312
	p=0,06	МПа
4	556173,64	1112291,4	646151,68	1292303,36
6	750655,26	1501235,1	872888,64	1745777,28
10	1092839,4	2185569	1269921,6	2539843,2
12	1246911,8	2493698,4	1449900,1	2899800,288
	p=0,6	МПа
4	622261,56	1244460,6	723028,16	1446056,32
6	842023,8	1683963	978715,44	1957430,88
10	1230190,8	2460258	1430486,4	2860972,8
12	1408150,4	2816159,4	1637761	3275521,92
	p=6	МПа
4	537860,12	1075666,2	625229,6	1250459,2
6	729753,96	1459434,6	848074,08	1696148,16
10	1072933,4	2145759	1246810	2493620
12	1230190,8	2460258	1431070,3	2862140,544
Δt, 0C	Q, Вт Коридорная компоновка		Q, Вт Коридорная компоновка
	d=0,018 м l=2 м	d=0,018м l=4 м	d=0,022 м l=2 м	d=0,022 м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	385738,468	771438,2	448170,42	896340,83
6	518531,394	1037011	602774,86	1205549,7
10	748863,72	1497652	870455,84	1740911,7
12	852653,604	1705222	990830,78	1981661,6
	p=0,06	МПа
4	484512,04	968975,4	562949,92	1125899,8
6	653912,1	1307759	760493,28	1520986,6
10	951606,33	1903117	1105950,9	2211901,8
12	1086628,728	2173148	1263061,1	2526122,2
	p=0,6	МПа
4	542239,44	1084424	630095,2	1260190,4
6	733337,04	1466600	852453,12	1704906,2
10	1071938,1	2143769	1245593,6	2491187,2
12	1226607,72	2453092	1426399,3	2852798,6
	p=6	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:

(4.22)

Таблица 4.15 - Количество сконденсированного пара на трубном пучке

Δt, 0C	M, кг Шахматная компоновка		M, кг Шахматная компоновка
	d=0,018м l=2 м	d=0,018м l=4м	d=0,022м l=2 м	d=0,022м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	0,183	0,367	0,213	0,426
6	0,246	0,493	0,286	0,573
10	0,356	0,712	0,414	0,827
12	0,405	0,810	0,471	0,942
	p=0,06	МПа
4	0,242	0,485	0,282	0,563
6	0,327	0,654	0,381	0,761
10	0,476	0,953	0,554	1,107
12	0,544	1,087	0,632	1,264
	p=0,6	МПа
4	0,298	0,597	0,347	0,693
6	0,404	0,807	0,469	0,938
10	0,590	1,179	0,686	1,371
12	0,675	1,350	0,785	1,570
	p=6,0	МПа
4	0,343	0,686	0,398	0,797
6	0,465	0,930	0,540	1,081
10	0,684	1,367	0,795	1,589
12	0,784	1,568	0,912	1,824
Δt, 0C	M, кг Коридорная компоновка		M, кг Коридорная компоновка
	d=0,018м l=2 м	d=0,018м l=4 м	d=0,022м l=2 м	d=0,022м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	0,160	0,319	0,186	0,371
6	0,215	0,429	0,250	0,499
10	0,310	0,620	0,360	0,721
12	0,353	0,706	0,410	0,820
	p=0,06	МПа
4	0,211	0,422	0,491
6	0,285	0,570	0,332	0,663
10	0,415	0,830	0,482	0,964
12	0,474	0,947	0,551	1,101
	p=0,6	МПа
4	0,260	0,520	0,302	0,604
6	0,352	0,703	0,409	0,817
10	0,514	1,028	0,597	1,194
12	0,588	1,176	0,684	1,368
	p=6,0	МПа
4	0,299	0,597	0,347	0,694
6	0,405	0,811	0,471	0,941
10	0,596	1,191	0,692	1,385
12	0,683	1,366	0,794	1,589

.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 4.1 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м

Рисунок 4.2 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м

Рисунок 4.3 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм

Рисунок 4.4 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 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 4.5 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.6 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.7 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.8 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.9 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.10 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,06 МПа

Рисунок 4.11 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.12 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.13 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,6 МПа.

Рисунок 4.14 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.15 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.16 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.17 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.18 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.19 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.20 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 6,0 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 4.21 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.22 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.23 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.24 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.25 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.26 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.27 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.28 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 6,0 МПа

Полученные зависимости ещё раз доказывают, что увеличение температурного напора между стенкой и паром ведёт к интенсификации конденсации пара, и как следствие снижению интенсивности теплообмена между паром и стенкой. Однако это влияние при давлениях, больших 6 бар, оказывается незначительным, так как температура насыщения пара достигает температур свыше 200 градусов Цельсия и температурный напор даже в 12 градусов не оказывает большого влияния на интенсивность теплообмена.

Рисунок 4.29 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.30 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.31 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.32 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 6,0 МПа

Плёнка образующегося на стенке трубы конденсата совершает волновое движение, которое происходит из-за воздействия на поверхность плёнки различных случайных возмущений. Частицы жидкости поверхностного слоя получают смещение, а силы поверхностного натяжения восстанавливают равновесие, так и происходит волновое движение плёнки. Оно может совершаться при увеличении скорости пара или давления. Волновое движение плёнки приводит к тому, что в одном месте плёнка будет иметь толщину меньше своего среднего значения, а в другом месте - большую, среднее же значение толщины по всей длине будет меньше чем толщина при отсутствии волны. А значит термическое сопротивление плёнки становится меньше. Это приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Из графиков видно, что увеличение давления ведёт к росту волнового движения. Это можно объяснить ростом хаотического движения паровых молекул, которые могут не только попадать в плёнку, но и отражаться от неё, вызывая тем самым возмущения.

Рисунок 4.33 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.34 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.35 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.36 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.37 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.38 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,6 МПа.

Рисунок 4.39 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.40 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 6,0 МПа.

Попутное движение пара относительно плёнки конденсата приводит к сносу плёнки, а при высоких скоростях пара и срыву с поверхности трубы, что приводит к уменьшению толщины плёнки и значительному увеличению коэффициента теплоотдачи в 5-8 раз.

Рисунок 4.41 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,006 МПа.

Рисунок 4.42 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,06 МПа.

Рисунок 4.43 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.44 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.45 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.46 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.47 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.48 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.49 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.50 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.51 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.52 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.53 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.54 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.55 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.56 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 6,0 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 4.57 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 18 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.58 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 18 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.59 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 22 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.60 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 22 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.61 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.62 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.63 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.64 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.65 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.66 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.67 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.68 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.69 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 2м

Рисунок 4.70 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 4 м

Рисунок 4.71 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 2 м.

Рисунок 4.72 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 4 м

Рисунок 4.73 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 2 м

Рисунок 4.74 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 4 м

Рисунок 4.75 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 2 м

Рисунок 4.76 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 22 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

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. И доп. М.: Энергия, 2008. 418 с.

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 2009. 80с.

. Овсянников В.В., Кузнецов В.Н. Теоретические основы теплотехники ч.2 Тепломассообмен: Методические указания к проектированию по специальности 1007 - «Промышленная теплоэнергетика». Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2009. 37 с.

Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

Похожие работы на - Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики