6.3. Теплоотдача при конденсации насыщенного пара

В теплообменниках, в которых происходит конденсация пара, наблюдается явление пленочной конденсации. Капельная же конденсация – явление случайное, очень неустойчивое и встречается очень редко [14]. При пленочной конденсации коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле [14]:

, (6.16)

где – постоянный коэффициент, зависящий от компоновки теплообменника: для вертикальных труб = 2,04, для горизонтальных труб = 1,28;

– удельная теплота парообразования, Дж/кг;

– плотность конденсата, кг/м³;

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

– коэффициент динамической вязкости конденсата, Па·с;

– температура конденсата, °С;

– температура стенки, °С;

– определяющий размер: для вертикальных труб , для горизонтальных труб , м;

h – высота труб;

d – диаметр труб.

6.4. Теплоотдача при кипении

Теплоотдача при кипении является сложным процессом и изучена еще не достаточно. При кипении жидкости различают три режима – конвективный, пузырчатый, пленочный. Наиболее эффективным является пузырчатый режим кипения, к которому и нужно стремиться.

В пределах пузырькового режима кипения жидкостей в усло­виях свободного или вынужденного движения в трубах и продоль­ных некруглых каналах можно использовать преобразованное уравнение удобное для определения осредненного значения коэффициента теплоот­дачи через удельную тепловую нагрузку или движущую силу процесса [14]:

, (6.17)

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

– плотности теплового потока, Вт/м²;

– кинематический коэффициент вязкости, м²/с;

– поверхностное натяжение, Н/м;

– темпера­туры кипения, К;

– движущая сила процесса теплоотдачи, К.

Численные значения безразмерной функции , апробирован­ные на множестве опытных данных по кипению различных жид­костей на поверхностях из нержавеющей стали, бронзы, никеля, меди и серебра, можно найти из графика зависимости от отноше­ния плотности жидкости к плотности ее пара ρ_пар (рис. 6.1). При составлении этого графика использовано уравнение вида:

. (6.18)

Отклонения экспериментальных данных по величине , найденной в соответствии с обратным соотношением (6.14), от численных значений , рассчитанных по формуле (6.15), составили ±35 % из-за влияния на интенсивность тепло­отдачи материала теплопередающих труб и чистоты поверхности нагрева.

Рис.6.1. График зависимости коэффициента от отноше­ния плотности

жидкости к плотности ее пара

Для воды при пузырчатом режиме кипения в области давлений от 0,01 до 10 МПа в условиях естественной циркуляции кипящей жидкости можно пользоваться формулами [11]:

; (6.19)

, (6.20)

где – коэффициент теплоотдачи при кипении Вт/(м·К);

– удельный тепловой поток, Вт/м²;

– абсолютное давление, при котором кипит вода, Па;

– температура стенки, °С;

– разность температур стенки и кипения жидкости, ºС.

Ориентировочные пределы значений коэффициентов теплоотдачи в промышленных теплообменниках для некоторых распространенных процессов теплоотдачи приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи

Вид теплоотдачи	Коэффициент теплоотдачи Вт/(м2·К)
1. При нагревании и охлаждении
а) воздуха	1,16-58,00
б) перегретого пара	23,2-116,0
в) масел	58-1 740
г) воды	232-11 600
2. При кипении воды	580-52 200
3. При пленочной конденсации насыщенных водяных
паров.	4 640-17 400
4. При пленочной конденсации насыщенных паров
органических жидкостей	580-2 320