Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Tmo_kursovik.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
3.14 Mб
Скачать

2.2 Графическая часть

Рисунок 2.1

Распределение температуры для стали, при высоте ребра h=0.004м

Рисунок 2.2

Распределение температуры для латуни, при высоте ребра h=0.004м

Рисунок 2.3

Распределение температуры для латуни, при высоте ребра h=0.008м

Рисунок 2.4

Распределение температуры для меди, при высоте ребра h=0.008м

Рисунок 2.5

Распределение температуры для стали, при высоте ребра h=0.016м

Рисунок 2.6

Распределение температуры для меди, при высоте ребра h=0.016м

Рисунок 2.7

График зависимости E от высоты h ребра

Рисунок 2.8

График зависимости коэффициента теплоотдачи α от скорости движения воздуха w

2.3 Выводы

При обтекании цилиндрической 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.

Из графиков зависимости распределения температуры от скорости движения воздуха видно, что с увеличением скорости его движения охлаждение рёбер увеличивается. При меньшей высоте ребра также наблюдается большее охлаждение, но чем больше теплопроводность материала стенки, тем “хуже” он остывает, так как прогрев происходит быстрее. 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 цилиндрической 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.

3 КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА

З а д а н и е. Исследовать влияние параметров состояния пара, его скорости движения, размеров диаметра трубки, на величину коэффициента теплообмена при пленочной конденсации пара с коридорным и шахматным расположением труб в горизонтальном и вертикальном пучке.

В расчетах учесть эффект от повышения давления пара, степени паросодержания и степени перегрева пара, зависимость физической характеристики конденсата от температуры, содержания воздуха в паре, волнового характера течения пленки, а также особенностей теплообмена, при вертикальном и горизонтальном расположении труб.

Оценить возможность применения конденсатоотводчиков на поверхности вертикально расположенных труб.

Рассчитать среднее значение коэффициента теплообмена, потока теплоты и количество конденсирующегося пара на поверхности труб пучка. Данные к заданию приведены в таблице 3.1.

Т а б л и ц а 3.1

Исходные данные

Абсолютное давление пара р, МПа

0,007

0,07

0,7

7

Температура насыщения при данных давлениях ts, 0С

39,02

89,96

164,96

285,8

Удельный объем воды на линии сухости x=0 ν', м3/кг

0,0010074

0,0010301

0,0011082

0,0013514

Удельный объем пароводяной смеси на линии сухости x=1 ν'', м3/кг

20,532

2,3658

0,27274

0,02734

Энтальпия воды на линии сухости x=0 h', кДж/кг

163,38

376,77

697,1

1267,7

Энтальпия пароводяной смеси на линии сухости x=1 h'' ,кДж/кг

2572,2

2646,0

2748,5

2792,8

Теплота парообразования r, кДж/кг

2408,8

2305,4

2108,4

1638,2

Теплофизи-

ческие характеристики конденсата в состоянии насыщения

Изобарная теплоемкость cp, кДж/(кг∙К)

4179

4,198

4,315,

5,042

Критерий Прандтля Pr

4,437

2,181

1,1371

0,833

Теплопроводность λ,·10-3 Вт/(м∙К)

629,12

670,516

681,330

604,347

Кинематическая вязкость υ∙10-6, м2

0,6722

0,3245

0,182

0,1232

Динамическая вязкость μ∙10-6, Па·с

667,27

315,06

164,26

91,189

Степень паросодержания х

0,6; 0,8; 1

Ускорение свободного падения g, м/с2

9,81

Степень перегрева пара Θ=(t-ts), 0С

5; 10; 20

Содержание воздуха в паре rв, %

4; 8; 12

Скорость движения потока пара w, м/с

2; 6

Температурный напор Δt=ts-tc, 0С

4; 8; 10; 12

Геометри-

ческие характеристики пучка

Внешний диаметр труб в пучке d, м

0,018; 0,02

Длина труб в пучке l, м

1;2

Общее число труб в пучке n0

70

Число рядов труб в пучке np

7

Окончание таблицы 3.1

3.1 Расчёт

Пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения ts, в результате чего конденсируется и конденсат оседает на стенке. Конденсация в данном случае пленочная.

Для того чтобы определить средний коэффициент теплообмена необходимо найти следующие критерии:

Критерий Архимеда:

, (3.1)

где g – ускорение свободного падения м/с2;

h – определяющий размер, при конденсации пара на вертикальной поверхности h=l, а при конденсации пара на горизонтальной трубе h = =d, м;

ν – удельная теплота фазового перехода, м2/с;

ρ' и ρ'' – соответственно плотность жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м3:

, (3.2)

где v – удельный объём, м3/кг.

Т а б л и ц а 3.2

Расчёт ρ' и ρ''

р, МПА

0,007

0,07

0,7

7

ρ', кг/м3

992,6544

970,7795

902,3642

739,9734

ρ'', кг/м3

0,0487

0,4227

3,6665

36,5764

Критерий Кутателадзе:

, (3.3)

где r – удельная теплота фазового перехода, Дж/кг;

– изобарная теплоёмкость, Дж/(кг·К);

– температурный напор, ºС.

Критериальное уравнение теплообмена при конденсации пара на вертикальной поверхности, в котором за определяющий размер принимается высота вертикальной поверхности h, имеет вид:

, (3.4)

где Ar – критерий Архимеда;

Pr – критерий Прандтля, определяемый по таблице;

Ka критерий Кутателадзе.

Критериальное уравнение теплообмена при конденсации пара на горизонтальной трубе с внешним диаметром d, принятым за определяющий размер имеет вид:

, (3.5)

где Ar – критерий Архимеда;

Pr – критерий Прандтля, определяемый по таблице;

Ka критерий Кутателадзе.

Средний коэффициент теплообмена находим по формуле, Вт/(м2·К):

, (3.6)

где – средний критерий Нуссельта;

– коэффициент теплопроводности жидкости, Вт/(м·К);

h – определяющий размер, при конденсации пара на вертикальной поверхности h=l, а при конденсации пара на горизонтальной трубе h = =d, м.

Т а б л и ц а 3.3

Расчет Ar, Ka, , при при конденсации пара на вертикальной поверхности

h= l =1 м

р, МПа

Δt, ºС

Ar*1013

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

2,17

4,44

144,10

10,235

6,439

8

72,05

8,607

5,414

10

57,64

8,140

5,121

12

48,03

7,777

4,892

Окончание таблицы 3.3

0,07

4

9,31

1,96

135,76

11,831

7,987

8

67,88

9,949

6,716

10

54,30

9,409

6,352

12

45,25

8,990

6,069

0,7

4

29,5

1,06

118,59

13,069

8,864

8

59,29

10,990

7,454

10

47,44

10,393

7,049

12

39,53

9,930

6,735

7

4

61,4

0,86

69,34

13,060

7,470

8

34,67

10,982

6,281

10

27,73

10,386

5,941

12

23,11

9,923

5,676

Т а б л и ц а 3.4

Расчет Ar, Ka, , при при конденсации пара на вертикальной поверхности.

h= l =2 м

р, МПа

Δt, ºС

Ar*1014

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,74

4,44

144,10

17,214

5,41

8

72,05

14,475

4,55

10

57,64

13,689

4,31

12

48,03

13,079

4,11

0,07

4

7,45

1,96

135,76

19,898

6,72

8

67,88

16,732

5,65

10

54,30

15,824

5,34

12

45,25

15,119

5,10

0,7

4

23,6

1,06

118,59

21,980

7,45

8

59,29

18,483

6,27

10

47,44

17,480

5,93

12

39,53

16,701

5,66

7

4

49,1

0,86

69,34

21,964

6,28

8

34,67

18,470

5,28

10

27,73

17,468

5,00

12

23,11

16,689

4,77

Т а б л и ц а 3.5

Расчет Ar, Ka, , при конденсации пара на горизонтальной трубе h = d =0,018 м

р, МПа

Δt, ºС

Ar*108

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,27

4,44

144,10

388,32

13,57

8

72,05

326,53

11,41

10

57,64

308,82

10,79

12

48,03

295,06

10,31

0,07

4

5,43

1,96

135,76

448,88

16,83

8

67,88

377,46

14,16

10

54,30

356,98

13,39

12

45,25

341,07

12,79

0,7

4

17,2

1,06

118,59

495,83

18,68

8

59,29

416,94

15,71

10

47,44

394,32

14,86

12

39,53

376,75

14,20

7

4

35,8

0,86

69,34

495,48

15,75

8

34,67

416,65

13,24

10

27,73

394,04

12,52

12

23,11

376,49

11,96

Т а б л и ц а 3.6

Расчет Ar, Ka, , при конденсации пара на горизонтальной трубе h = d =0,02 м

р, МПа

Δt, ºС

Ar*108

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,74

4,44

144,10

420,25

13,22

8

72,05

353,38

11,12

10

57,64

334,21

10,51

12

48,03

319,32

10,04

0,07

4

7,45

1,96

135,76

485,79

16,40

8

67,88

408,50

13,79

10

54,30

386,33

13,04

12

45,25

369,12

12,46

0,7

4

23,6

1,06

118,59

536,60

18,20

8

59,29

451,22

15,30

10

47,44

426,74

14,47

12

39,53

407,73

13,83

7

4

49,1

0,86

69,34

536,23

15,34

8

34,67

450,91

12,90

10

27,73

426,44

12,20

12

23,11

407,44

11,65

Влияние давления пара.

При малых давлениях (р < 0,1 МПа) плотность пара ρ'' по сравнению с плотностью конденсата ничтожно мала и поэтому множитель приближается к единице. Тогда в формулах (3.4) и (3.5) вместо критерия Архимеда можно принять критерий Галилея ( или ). Следовательно, критерий Архимеда учитывает влияние эффекта повышения давления пара.

Т а б л и ц а 3.7

Расчет Ga, Ka, , при при конденсации пара на вертикальной поверхности h= l =1 м

р, МПа

Δt, ºС

Ga*1013

Pr

Ka

Nu·103

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

2,17

4,44

144,10

10,235

6,44

8

72,05

8,607

5,41

10

57,64

8,140

5,12

12

48,03

7,777

4,89

0,07

4

9,31

1,96

135,76

11,833

7,99

8

67,88

9,950

6,72

10

54,30

9,410

6,35

12

45,25

8,991

6,07

Т а б л и ц а 3.8

Расчет Ga, Ka, , при при конденсации пара на вертикальной поверхности h= l =2 м

р, МПа

Δt, ºС

Ga*1013

Pr

Ka

Nu·103

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,74

4,44

144,10

17,214

5,41

8

72,05

14,475

4,55

10

57,64

13,690

4,31

12

48,03

13,080

4,11

0,07

4

7,45

1,96

135,76

19,900

6,72

8

67,88

16,734

5,65

10

54,30

15,826

5,34

12

45,25

15,121

5,10

Т а б л и ц а 3.9

Расчет Ga, Ka, , при конденсации пара на горизонтальной трубе h = d =0,018 м

р, МПа

Δt, ºС

Ga*108

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,27

4,44

144,10

388,32

13,57224

8

72,05

326,54

11,41285

10

57,64

308,82

10,79361

12

48,03

295,06

10,31268

0,07

4

5,43

1,96

135,76

448,93

16,83673

8

67,88

377,50

14,15795

10

54,30

357,02

13,38976

12

45,25

341,11

12,79315

Т а б л и ц а 3.10

Расчет Ga, Ka, , при конденсации пара на горизо нтальной трубе h = d =0,02 м

р, МПа

Δt, ºС

Ga*108

Pr

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

1,74

4,44

144,10

420,25

13,21942

8

72,05

353,39

11,11616

10

57,64

334,21

10,51302

12

48,03

319,32

10,04458

0,07

4

7,45

1,96

135,76

485,84

16,39904

8

67,88

408,54

13,78989

10

54,30

386,37

13,0468

12

45,25

369,16

12,46058

Влияние степени сухости и перегрева пара.

Влияние этого фактора учитывается критерием Кутателадзе. Для влажного пара значение критерия Кутателадзе определяется по формуле:

, (3.7)

где r – удельная теплота фазового перехода, Дж/кг;

х – степень паросодержания;

– изобарная теплоёмкость, Дж/кг·К;

– температурный напор, ºС.

Т а б л и ц а 3.11

Расчёт Ka, , при при конденсации влажного пара на вертикальной поверхности h= l =1 м

р, МПа

х

Δt, ºС

Ka

Nu·103

, Вт/(м2·К)

0,007

0,6

4

86,46

9,00843

5667,38

8

43,23

7,57516

4765,68

10

34,58

7,16414

4507,10

12

28,82

6,84493

4306,28

0,8

4

115,28

9,68019

6090,00

8

57,64

8,14004

5121,06

10

46,11

7,69837

4843,20

12

38,43

7,35535

4627,40

1

4

144,10

10,23555

6439,39

8

72,05

8,60704

5414,86

10

57,64

8,14004

5121,06

12

48,03

7,77734

4892,88

0,07

0,6

4

81,45

10,41338

7029,86

8

40,73

8,75657

5911,39

10

32,58

8,28145

5590,64

12

27,15

7,91245

5341,54

0,8

4

108,60

11,18990

7554,08

8

54,30

9,40955

6352,20

10

43,44

8,8990

6007,54

12

36,20

8,50249

5739,86

1

4

135,76

11,83188

7987,47

8

67,88

9,9438

6716,63

10

54,30

9,40955

6352,20

12

45,25

8,99028

6069,16

0,7

0,6

4

71,15

11,50258

7801,74

8

35,58

9,67248

6560,46

10

28,46

9,14767

6204,50

12

23,72

8,74007

5928,04

0,8

4

94,87

12,36033

8383,52

8

47,44

10,39376

7049,67

10

37,95

9,82981

6667,17

12

31,62

9,39182

6370,10

1

4

118,59

13,06946

8864,49

8

59,29

10,99006

7454,12

10

47,44

10,39376

7049,67

12

39,53

9,93064

6735,56

Окончание таблицы 3.11

7

0,6

4

41,60

11,4959

6574,95

8

20,80

9,66576

5528,85

10

16,64

9,14131

5228,87

12

13,87

8,7340

4995,88

0,8

4

55,47

12,35174

7065,25

8

27,73

10,38654

5941,14

10

22,19

9,82298

5618,78

12

18,49

9,38530

5368,43

1

4

69,34

13,06038

7470,59

8

34,67

10,98243

6281,99

10

27,73

10,38654

5941,14

12

23,11

9,92374

5676,42

Т а б л и ц а 3.12

Расчёт Ka, , при при конденсации влажного пара на вертикальной поверхности h= l =2 м

р, МПа

х

Δt, ºС

Ka

Nu·103

·103, Вт/(м2·К)

0,007

0,6

4

86,46

15,15031

4,76568

8

43,23

12,73984

4,00745

10

34,58

12,04860

3,79001

12

28,82

11,51175

3,62114

0,8

4

115,28

16,28007

5,12106

8

57,64

13,68985

4,306,28

10

46,11

12,94706

4,07263

12

38,43

12,37018

3,89116

1

4

144,10

17,21408

5,41486

8

72,05

14,47526

4,55334

10

57,64

13,68985

4,30628

12

48,03

13,07987

4,11440

0,07

0,6

4

81,45

17,51314

5,91139

8

40,73

14,72674

4,97086

10

32,58

13,92769

4,70115

12

27,15

13,30711

4,49168

0,8

4

108,60

18,81909

6,35220

8

54,30

15,82491

5,34154

10

43,44

14,96628

5,05172

12

36,20

14,29942

4,82663

1

4

135,76

19,89877

6,71663

8

67,88

16,73280

5,64799

10

54,30

15,82491

5,34154

12

45,25

15,11980

5,10354

Окончание таблицы 3.12

0,7

0,6

4

71,15

19,34496

6,56046

8

35,58

16,26711

5,51666

10

28,46

15,38448

5,21734

12

23,72

14,69899

4,98487

0,8

4

94,87

20,78751

7,04967

8

47,44

17,48014

5,92804

10

37,95

16,53170

5,60640

12

31,62

15,79509

5,35659

1

4

118,59

21,98012

7,45412

8

59,29

18,4830

6,26814

10

47,44

17,48014

5,92804

12

39,53

16,70128

5,66390

7

0,6

4

41,60

19,33152

5,52885

8

20,80

16,25581

4,64919

10

16,64

15,37380

4,39694

12

13,87

14,68878

4,20102

0,8

4

55,47

20,77308

5,94114

8

27,73

17,46800

4,99588

10

22,19

16,52022

4,72482

12

18,49

15,78412

4,51429

1

4

69,34

21,96485

6,28199

8

34,67

18,47017

5,28250

10

27,73

17,46800

4,99588

12

23,11

16,68968

4,77328

Т а б л и ц а 3.13

Расчёт Ka, , при при конденсации влажного пара на горизонтальной трубе

h = d =0,018 м

р, МПа

х

Δt, ºС

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

0,6

4

86,46

341,76

11,94495

8

43,23

287,39

10,04446

10

34,58

271,79

9,49947

12

28,82

259,68

9,07620

0,8

4

115,28

367,25

12,83568

8

57,64

308,82

10,79348

10

46,11

292,06

10,20784

12

38,43

279,05

9,75301

1

4

144,10

388,32

13,57208

8

72,05

326,53

11,41271

10

57,64

308,82

10,79348

12

48,03

295,06

10,31255

Окончание таблицы 3.13

0,07

0,6

4

81,45

395,06

14,81659

8

40,73

332,21

12,45922

10

32,58

314,18

11,78320

12

27,15

300,18

11,25818

0,8

4

108,60

424,52

15,92147

8

54,30

356,98

13,38830

10

43,44

337,61

12,66188

12

36,20

322,57

12,09770

1

4

135,76

448,88

16,83490

8

67,88

377,46

14,15641

10

54,30

356,98

13,38830

12

45,25

341,07

12,79176

0,7

0,6

4

71,15

436,38

16,44346

8

35,58

366,95

13,82724

10

28,46

347,04

13,07700

12

23,72

331,58

12,49432

0,8

4

94,87

468,93

17,66964

8

47,44

394,32

14,85834

10

37,95

372,92

14,05215

12

31,62

356,31

13,42603

1

4

118,59

495,83

18,68337

8

59,29

416,94

15,71078

10

47,44

394,32

14,85834

12

39,53

376,75

14,19629

7

0,6

4

41,60

436,08

13,85780

8

20,80

366,70

11,65297

10

16,64

346,80

11,02070

12

13,87

331,35

10,52965

0,8

4

55,47

468,60

14,89117

8

27,73

394,04

12,52193

10

22,19

372,66

11,84251

12

18,49

356,06

11,31485

1

4

69,34

495,48

15,74550

8

34,67

416,65

13,24033

10

27,73

394,04

12,52193

12

23,11

376,49

11,96399

Т а б л и ц а 3.14

Расчёт Ka, , при при конденсации влажного пара на горизонтальной трубе h = d =0,02 м

р, МПа

х

Δt, ºС

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

0,6

4

86,46

369,86

11,63,42

8

43,23

311,02

9,78334

10

34,58

294,14

9,25251

12

28,82

281,04

8,84025

0,8

4

115,28

397,44

12,50200

8

57,64

334,21

10,51289

10

46,11

316,08

9,94247

12

38,43

301,99

9,49947

1

4

144,10

420,25

13,21925

8

72,05

353,38

11,11602

10

57,64

334,21

10,51289

12

48,03

319,32

10,04446

0,07

0,6

4

81,45

427,55

14,43142

8

40,73

359,52

12,13533

10

32,58

340,02

11,47688

12

27,15

324,87

10,96551

0,8

4

108,60

459,43

15,50757

8

54,30

386,33

13,04026

10

43,44

365,37

12,33271

12

36,20

349,09

11,78320

1

4

135,76

485,79

16,39726

8

67,88

408,50

13,78839

10

54,30

386,33

13,04026

12

45,25

369,12

12,45922

0,7

0,6

4

71,15

472,27

16,01599

8

35,58

397,13

13,46779

10

28,46

375,58

12,73705

12

23,72

358,85

12,16952

0,8

4

94,87

507,48

17,21030

8

47,44

426,74

14,47208

10

37,95

403,59

13,68685

12

31,62

385,60

13,07700

1

4

118,59

536,60

18,19768

8

59,29

451,22

15,30236

10

47,44

426,74

14,47208

12

39,53

407,73

13,82724

Окончание таблицы 3.14

7

0,6

4

41,60

471,94

13,49755

8

20,80

396,85

11,35004

10

16,64

375,32

10,73420

12

13,87

358,60

10,25592

0,8

4

55,47

507,13

14,50406

8

27,73

426,44

12,19641

10

22,19

403,31

11,53465

12

18,49

385,34

11,02070

1

4

69,34

536,23

15,33617

8

34,67

450,91

12,89613

10

27,73

426,44

12,19641

12

23,11

407,44

11,65297

Для перегретого пара значение критерия Кутателадзе определяется по формуле:

, (3.8)

где r – удельная теплота фазового перехода, Дж/кг;

х – степень паросодержания;

– изобарная теплоёмкость, Дж/кг·К;

– температурный напор, ºС;

hП и h´´ – cсоответственно энтальпии перегретого и сухого насыщенного пара, Дж/кг.

Т а б л и ц а 3.15

Расчёт энтальпии перегретого пара

р, МПа

tП, ºС

hП, кДж/кг

0,007

44,02

2581,11

49,02

2590,61

59,02

2609,58

0,07

94,96

2669,6

99,96

2679,59

109,96

2699,46

0,7

169,96

2775,25

174,96

2787,07

184,96

2810,27

7

290,8

2796,18

295,8

2819,27

305,8

2861,69

Т а б л и ц а 3.16

Расчёт Ka, , при при конденсации перегретого пара на вертикальной поверхности h= l =1 м

р, МПа

hП, кДж/кг

Δt, ºС

Ka

Nu·103

·103, Вт/(м2·К)

0,007

2581,1

4

144,10

10,23556

6,43940

8

72,05

8,60705

5,41487

10

57,64

8,14004

5,12106

12

48,03

7,77735

4,89288

2590,6

4

144,10

10,23557

6,43940

8

72,05

8,60706

5,41487

10

57,64

8,14005

5,12107

12

48,03

7,77735

4,89289

2609,6

4

144,10

10,23559

6,43942

8

72,05

8,60707

5,41488

10

57,64

8,14007

5,12108

12

48,03

7,77737

4,89290

0,07

2669,6

4

135,76

11,83189

7,98747

8

67,88

9,94940

6,71664

10

54,30

9,40956

6,35220

12

45,25

8,99029

6,06917

2679,6

4

135,76

11,83190

7,98748

8

67,88

9,94941

6,71665

10

54,30

9,40957

6,35221

12

45,25

8,99030

6,06917

2699,5

4

135,76

11,83193

7,98750

8

67,88

9,94943

6,71666

10

54,30

9,40959

6,35222

12

45,25

8,99032

6,06919

0,7

2775,3

4

118,59

13,06948

8,86450

8

59,29

10,99008

7,45413

10

47,44

10,39377

7,04968

12

39,53

9,93065

6,73557

2787,1

4

118,59

13,06949

8,86452

8

59,29

10,99009

7,45414

10

47,44

10,39379

7,04969

12

39,53

9,93067

6,73558

2810,3

4

118,59

13,06953

8,86454

8

59,30

10,99012

7,45416

10

47,44

10,39382

7,04971

12

39,53

9,93070

6,73559

Окончание таблицы 3.16

7

2796,2

4

69,34

13,06043

7,47062

8

34,67

10,98247

6,28202

10

27,73

10,38658

5,94117

12

23,11

9,92378

5,67644

2819,3

4

69,34

13,06048

7,47065

8

34,67

10,98251

6,28204

10

27,74

10,38662

5,94119

12

23,11

9,92382

5,67647

2861,7

4

69,34

13,06058

7,47070

8

34,67

10,98259

6,28209

10

27,74

10,38669

5,94123

12

23,11

9,92389

5,67651

Т а б л и ц а 3.17

Расчёт Ka, , при при конденсации перегретого пара на вертикальной поверхности

h= l =2 м

р, МПа

hП, кДж/кг

Δt, ºС

Ka

Nu·103

·103, Вт/(м2·К)

0,007

2581,1

4

144,10

17,21409

5,41487

8

72,05

14,47527

4,55334

10

57,64

13,68987

4,30628

12

48,03

13,07988

4,11441

2590,6

4

144,10

17,21411

5,41487

8

72,05

14,47529

4,55335

10

57,64

13,68988

4,30629

12

48,03

13,07990

4,11441

2609,6

4

144,10

17,21415

5,41488

8

72,05

14,47531

4,55335

10

57,64

13,68991

4,30630

12

48,03

13,07992

4,11442

0,07

2669,6

4

135,76

19,89879

6,71664

8

67,88

16,73282

5,64800

10

54,30

15,82493

5,34155

12

45,25

15,11981

5,10354

2679,6

4

135,76

19,89881

6,71665

8

67,88

16,73284

5,64800

10

54,30

15,82494

5,34155

12

45,25

15,11983

5,10355

2699,5

4

135,76

19,89886

6,71666

8

67,88

16,73288

5,64802

10

54,30

15,82498

5,34156

12

45,25

15,11986

5,10356

Окончание таблицы 3.17

0,7

2775,3

4

118,59

21,98015

7,45413

8

59,29

18,48303

6,26815

10

47,44

17,48017

5,92805

12

39,53

16,70130

5,66391

2787,1

4

118,59

21,98018

7,45414

8

59,29

18,48306

6,26816

10

47,44

17,48020

5,92806

12

39,53

16,70133

5,66392

2810,3

4

118,59

21,98024

7,45416

8

59,30

18,48311

6,26818

10

47,44

17,48024

5,92808

12

39,53

16,70137

5,66394

7

2796,2

4

69,34

21,96494

6,28202

8

34,67

18,47024

5,28253

10

27,73

17,46808

4,99590

12

23,11

16,68975

4,77330

2819,3

4

69,34

21,96503

6,28204

8

34,67

18,47031

5,28255

10

27,74

17,46814

4,99592

12

23,11

16,68981

4,77332

2861,7

4

69,34

21,96518

6,28209

8

34,67

18,47044

5,28258

10

27,74

17,46827

4,99596

12

23,11

16,68993

4,77335

Т а б л и ц а 3.18

Расчёт Ka, , при при конденсации перегретого пара на горизонтальной трубе h = d =0,018 м

р, МПа

hП, кДж/кг

Δt, ºС

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

2581,1

4

144,10

388,32

13,57209

8

72,05

326,53

11,41272

10

57,64

308,82

10,79349

12

48,03

295,06

10,31256

2590,6

4

144,10

388,32

13,57210

8

72,05

326,53

11,41273

10

57,64

308,82

10,79350

12

48,03

295,06

10,31257

2609,6

4

144,10

388,32

13,57213

8

72,05

326,53

11,41276

10

57,64

308,82

10,79352

12

48,03

295,06

10,31259

Окончание таблицы 3.18

0,07

2669,6

4

135,76

448,88

16,83492

8

67,88

377,46

14,15642

10

54,30

356,98

13,38832

12

45,25

341,07

12,79177

2679,6

4

135,76

448,88

16,83494

8

67,88

377,46

14,15644

10

54,30

356,98

13,38833

12

45,25

341,07

12,79178

2699,5

4

135,76

448,88

16,83497

8

67,88

377,46

14,15647

10

54,30

356,98

13,38836

12

45,25

341,07

12,79181

0,7

2775,3

4

118,59

495,83

18,68340

8

59,29

416,94

15,71081

10

47,44

394,32

14,85836

12

39,53

376,75

14,19632

2787,1

4

118,59

495,83

18,68343

8

59,29

416,94

15,71083

10

47,44

394,32

14,85838

12

39,53

376,75

14,19634

2810,3

4

118,59

495,83

18,68348

8

59,30

416,94

15,71087

10

47,44

394,32

14,85843

12

39,53

376,75

14,19638

7

2796,2

4

69,34

495,49

15,74556

8

34,67

416,65

13,24039

10

27,73

394,05

12,52199

12

23,11

376,49

11,96404

2819,3

4

69,34

495,49

15,74562

8

34,67

416,65

13,,24044

10

27,74

394,05

12,52203

12

23,11

376,49

11,96409

2861,7

4

69,34

495,49

15,74574

8

34,67

416,66

13,24053

10

27,74

394,05

12,52212

12

23,11

376,49

11,96417

Т а б л и ц а 3.19

Расчёт Ka, , при при конденсации перегретого пара на горизонтальной трубе h = d =0,02 м

р, МПа

hП, кДж/кг

Δt, ºС

Ka

Nu

·103, Вт/(м2·К)

0,007

2581,1

4

144,10

420,25

13,21927

8

72,05

353,38

11,11603

10

57,64

334,21

10,51290

12

48,03

319,32

10,04447

2590,6

4

144,10

420,25

13,21928

8

72,05

353,38

11,11605

10

57,64

334,21

10,51291

12

48,03

319,32

10,04448

2609,6

4

144,10

420,25

13,21931

8

72,05

353,38

11,11607

10

57,64

334,21

10,51293

12

48,03

319,32

10,04450

0,07

2669,6

4

135,76

485,79

16,39727

8

67,88

408,50

13,78841

10

54,30

386,33

13,04027

12

45,25

369,12

12,45923

2679,6

4

135,76

485,79

16,39729

8

67,88

408,50

13,78842

10

54,30

386,33

13,04028

12

45,25

369,12

12,45925

2699,5

4

135,76

485,79

16,39733

8

67,88

408,50

13,78845

10

54,30

386,33

13,04031

12

45,25

369,12

12,45927

0,7

2775,3

4

118,59

536,60

18,19770

8

59,29

451,22

15,30238

10

47,44

426,74

14,47210

12

39,53

407,73

13,82726

2787,1

4

118,59

536,60

18,19773

8

59,29

451,23

15,30240

10

47,44

426,74

14,47212

12

39,53

407,73

13,82728

2810,3

4

118,59

536,60

18,19778

8

59,30

451,23

15,3045

10

47,44

426,74

14,47216

12

39,53

407,73

13,82732

Окончание таблицы 3.19

7

2796,2

4

69,34

536,23

15,33624

8

34,67

450,91

12,89619

10

27,73

426,45

12,19646

12

23,11

407,45

11,65302

2819,3

4

69,34

536,23

15,33630

8

34,67

450,91

12,89624

10

27,74

426,45

12,19651

12

23,11

407,45

11,65307

2861,7

4

69,34

536,23

15,33641

8

34,67

450,92

12,89633

10

27,74

426,45

12,19659

12

23,11

407,45

11,65315

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

, (3.9)

где – коэффициент теплопроводности жидкости при температуре стенки tc, Вт/(м·К);

– коэффициент динамической вязкости при температуре стенки tc, Па/с;

– коэффициент теплопроводности жидкости при температуре насыщения ts, Вт/(м·К);

– коэффициент динамической вязкости при температуре насыщения ts, Па/с.

Температура стенки tc, ºС:

, (3.10)

где – температура насыщения, ºС;

– температурный напор, ºС.

Т а б л и ц а 3.20

Расчёт , ,

p, МПа

ts, 0С

Δt, 0C

tc, 0C

λc·10-3, Вт/(м∙К)

μc·10-6, Па/с

εt

0,007

39,02

4

35,02

622,779

724,712

0,993

8

31,02

616,909

782,312

0,978

10

29,02

613,834

817,8194

0,963

12

27,02

610,434

858,8794

0,956

0,07

89,96

4

85,96

672,429

331,06

0,996

8

81,96

670,839

347,06

0,988

10

79,96

669,773

355,098

0,980

12

77,96

668,413

364,998

0,976

0,7

164,96

4

160,96

679,422

168,5632

0,998

8

156,96

680,308

173,3392

0,995

10

154,96

680,708

175,7992

0,991

12

152,96

681,108

178,2592

0,990

7

285,8

4

281,8

578,484

92,7206

1,001

8

277,8

584,656

94,279

1,002

10

275,8

587,616

95,069

1,003

12

273,8

590,579

95,859

1,003

Окончание таблицы 3.20

Средний коэффициент теплоотдачи находим по формуле, Вт/(м2·К):

, (3.11)

Т а б л и ц а 3.21

Расчет при при конденсации пара на вертикальной поверхности h= l =1 м

р, МПа

Δt, ºС

·103, Вт/(м2·К)

εt

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

6,439

0,993

6,39393

8

5,414

0,978

5,29489

10

5,121

0,963

4,93152

12

4,892

0,956

4,67675

0,07

4

7,987

0,996

7,95505

8

6,716

0,988

6,63541

10

6,352

0,98

6,22496

12

6,069

0,976

5,92334

0,7

4

8,864

0,998

8,84627

8

7,454

0,995

7,41673

10

7,049

0,991

6,98556

12

6,735

0,99

6,66765

7

4

7,47

1,001

7,47747

8

6,281

1,002

6,29356

10

5,941

1,003

5,95882

12

5,676

1,003

5,69303

Т а б л и ц а 3.22

Расчет при при конденсации пара на вертикальной поверхности h= l =2 м

р, МПа

Δt, ºС

·103, Вт/(м2·К)

εt

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

5,41

0,993

5,37213

8

4,55

0,978

4,4499

10

4,31

0,963

4,15053

12

4,11

0,956

3,92916

0,07

4

6,72

0,996

6,69312

8

5,65

0,988

5,5822

10

5,34

0,98

5,2332

12

5,1

0,976

4,9776

0,7

4

7,45

0,998

7,4351

8

6,27

0,995

6,23865

10

5,93

0,991

5,87663

12

5,66

0,99

5,6034

7

4

6,28

1,001

6,28628

8

5,28

1,002

5,29056

10

5

1,003

5,015

12

4,77

1,003

4,78431

Т а б л и ц а 3.23

Расчет при конденсации пара на горизонтальной трубе h = d =0,018 м

р, МПа

Δt, ºС

·103, Вт/(м2·К)

εt

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

13,57

0,993

13,47501

8

11,41

0,978

11,15898

10

10,79

0,963

10,39077

12

10,31

0,956

9,85636

0,07

4

16,83

0,996

16,76268

8

14,16

0,988

13,99008

10

13,39

0,98

13,1222

12

12,79

0,976

12,48304

0,7

4

18,68

0,998

18,64264

8

15,71

0,995

15,63145

10

14,86

0,991

14,72626

12

14,2

0,99

14,058

7

4

15,75

1,001

15,76575

8

13,24

1,002

13,26648

10

12,52

1,003

12,55756

12

11,96

1,003

11,99588

Т а б л и ц а 3.24

Расчет при конденсации пара на горизонтальной трубе h = d =0,02 м

р, МПа

Δt, ºС

·103, Вт/(м2·К)

εt

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

13,22

0,993

13,12746

8

11,12

0,978

10,87536

10

10,51

0,963

10,12113

12

10,04

0,956

9,59824

0,07

4

16,4

0,996

16,3344

8

13,79

0,988

13,62452

10

13,04

0,98

12,7792

12

12,46

0,976

12,16096

0,7

4

18,2

0,998

18,1636

8

15,3

0,995

15,2235

10

14,47

0,991

14,33977

12

13,83

0,99

13,6917

7

4

15,34

1,001

15,35534

8

12,9

1,002

12,9258

10

12,2

1,003

12,2366

12

11,65

1,003

11,68495

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

, (3.12)

где степень турбулентности плёнки оценивается числом Рейнольдса:

, (3.13)

где Ga – критерий Галилея;

– коэффициент теплопроводности жидкости при температуре насыщения ts, Вт/(м·К);

– коэффициент динамической вязкости при температуре насыщения ts, Па·с;

– температурный напор, ºС.

Средний коэффициент теплоотдачи находим по формуле, Вт/(м2·К):

, (3.14)

Т а б л и ц а 3.25

Расчет , εv, Re при конденсации пара на вертикальной поверхности

p, МПа

l, м

Δt, 0C

Re

εv

, Вт/(м2·К)

0,007

1

4

16,021

1,117

7195,03

8

26,944

1,141

6177,40

10

31,853

1,148

5881,47

12

36,520

1,155

5650,23

0,07

4

44,425

1,164

9296,38

8

74,713

1,188

7981,55

10

88,324

1,196

7599,19

12

101,266

1,203

7300,41

0,007

2

4

26,944

1,141

6126,18

8

45,315

1,165

5448,30

10

53,570

1,173

5110,05

12

61,420

1,179

4416,85

0,07

4

74,713

1,188

7842,98

8

125,651

1,213

6735,85

10

148,542

1,221

6412,52

12

170,308

1,228

6012,27

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

Влияние попутного движения пара.

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:

; (3.15)

; (3.16)

; (3.17)

; (3.18)

, (3.19)

где Pr – критерий Прандтля, определяемый по таблице;

Ka критерий Кутателадзе;

Fr – критерий Фруда

ρ' и ρ'' – соответственно плотность жидкости и сухого насыщенного пара, кг/м3;

μ´ и μ´´ – соответственно коэффициент динамической вязкости жидкости и сухого насыщенного пара, Па/с;

w – скорость в среднем сечении пучка, м/с;

d – наружный диаметр трубы, м;

g – ускорение свободного падения, м/с2.

Сведём расчёты в таблицы:

Т а б л и ц а 3.26

Расчёт критерия Фруда Fr

w, м/с

Fr(d = 0,018 м)

Fr(d = 0,02 м)

2

22,6526

20,38736

6

203,874

183,4862

Т а б л и ц а 3.27

Расчёт параметра R

р, МПа

0,007

0,07

0,07

7

R

1159

207,566

46,137

9,992

Т а б л и ц а 3.28

Расчет , εs, Х при конденсации пара на горизонтальной трубе при d = 0,018 м;

w = 2 м/с; Fr = 22,6526

p, МПа

Δt, 0C

Ка

Х

·103, Вт/(м2·К)

εs

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

144,10

1,137

13,6

1,548

21,006

8

72,05

0,992

11,4

1,696

19,351

10

57,64

0,957

10,8

1,814

19,573

12

48,03

0,948

10,3

1,865

19,228

Окончание таблицы 3.28

0,07

4

135,76

1,290

16,8

1,998

33,626

8

67,88

1,063

14,2

2,137

30,26

10

54,30

1,004

13,4

2,269

30,382

12

45,25

0,988

12,8

2,328

29,775

0,7

4

118,59

1,559

18,7

2,782

51,968

8

59,29

1,205

15,7

2,825

44,381

10

47,44

1,103

14,9

2,727

40,523

12

39,53

1,074

14,2

2,979

42,302

7

4

69,34

2,027

15,8

4,197

66,103

8

34,67

1,483

13,2

4,050

53,622

10

27,73

1,310

12,5

4,064

50,881

12

23,11

1,259

12

4,087

48,881

Т а б л и ц а 3.29

Расчет , εs, Х при конденсации пара на горизонтальной трубе при

d = 0,018 м; w = 6 м/с; Fr = 203,874

p, МПа

Δt, 0C

Ка

Х

·103, Вт/(м2·К)

εs

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

144,10

1,137

13,6

1,648

22,363

8

72,05

0,992

11,4

1,796

20,492

10

57,64

0,957

10,8

1,914

20,652

12

48,03

0,948

10,3

1,965

20,259

0,07

4

135,76

1,290

16,8

2,098

35,309

8

67,88

1,063

14,2

2,237

31,676

10

54,30

1,004

13,4

2,369

31,721

12

45,25

0,988

12,8

2,428

31,054

0,7

4

118,59

1,559

18,7

2,882

53,836

8

59,29

1,205

15,7

2,925

45,952

10

47,44

1,103

14,9

2,827

42,009

12

39,53

1,074

14,2

2,979

42,302

7

4

69,34

2,027

15,8

4,297

67,678

8

34,67

1,483

13,2

4,150

54,946

10

27,73

1,310

12,5

4,164

52,133

12

23,11

1,259

12

4,187

50,077

Т а б л и ц а 3.30

Расчет , εs, Х при конденсации пара на горизонтальной трубе при

d = 0,02 м; w = 2 м/с; Fr = 20,38736

p, МПа

Δt, 0C

Ка

Х

·103, Вт/(м2·К)

εs

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

144,10

1,137

13,22

1,528

20,20016

8

72,05

0,992

11,12

1,666

18,52592

10

57,64

0,957

10,51

1,754

18,43454

12

48,03

0,948

10,04

1,825

18,323

Окончание таблицы 3.30

0,07

4

135,76

1,290

16,4

1,968

32,2752

8

67,88

1,063

13,79

2,117

29,19343

10

54,30

1,004

13,04

2,249

29,32696

12

45,25

0,988

12,46

2,306

28,73276

0,7

4

118,59

1,559

18,2

2,764

50,3048

8

59,29

1,205

15,3

2,811

43,0083

10

47,44

1,103

14,47

2,712

39,24264

12

39,53

1,074

13,83

2,954

40,85382

7

4

69,34

2,027

15,34

4,163

63,86042

8

34,67

1,483

12,9

4,025

51,9225

10

27,73

1,310

12,2

4,044

49,3368

12

23,11

1,259

11,65

4,061

47,31065

Т а б л и ц а 3.31

Расчет , εs, Х при конденсации пара на горизонтальной трубе при d = 0,02м; w = 6 м/с; Fr = 183,4862

p, МПа

Δt, 0C

Ка

Х

·103, Вт/(м2·К)

εs

·103, Вт/(м2·К)

0,007

4

144,10

1,137

13,22

1,628

21,52216

8

72,05

0,992

11,12

1,766

19,63792

10

57,64

0,957

10,51

1,811

19,03361

12

48,03

0,948

10,04

1,904

19,11616

0,07

4

135,76

1,290

16,4

1,989

32,6196

8

67,88

1,063

13,79

2,204

30,39316

10

54,30

1,004

13,04

2,311

30,13544

12

45,25

0,988

12,46

2,405

29,9663

0,7

4

118,59

1,559

18,2

2,812

51,1784

8

59,29

1,205

15,3

2,907

44,4771

10

47,44

1,103

14,47

2,815

40,73305

12

39,53

1,074

13,83

3,015

41,69745

7

4

69,34

2,027

15,34

4,263

65,39442

8

34,67

1,483

12,9

4,122

53,1738

10

27,73

1,310

12,2

4,156

50,7032

12

23,11

1,259

11,65

4,167

48,54555

Влияние наличия в паре неконденсирующегося компонента (воздуха).

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:

, (3.20)

где – температура насыщения при парциальном давлении пара в смеси с воздухом, ºС;

– температура парогазовой смеси, принимается равной температуре насыщения при заданном давлении смеси, ºС;

– температура стенки, ºС.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]