3.9. Тепломассообмен при конденсации пара из парогазовой смеси

Средний коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхности горизонтальных труб определяется по формуле

, Вт/(м² ∙К), (59)

где r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг;

 - средний по поверхности коэффициент массоотдачи, м/с;

t = t_по - t_н, ^оС, а t_по – температура пара в основной массе парогазовой смеси, ^оС;

t_н – температура насыщения пара по поверхности пленки конденсата, ^оС.

  _по - _н, кг/м³, а_го – плотность пара в основной массе парогазовой смеси, кг/м³; _н – плотность насыщенного пара у поверхности пленки конденсата (при температуре насыщения t_н), кг/м³;

- средний коэффициент теплоотдачи при конденсации чистого движущегося пара, Вт/(м² ∙К), определяемый по формуле (54).

Для расчета коэффициента необходимо предварительно определить и коэффициент массоотдачи .

Средний коэффициент массоотдачи определенного ряда горизонтального пучка труб при Re = 350 - 4800 рассчитывается по уравнению

, (60)

Здесь для одиночной трубы С = 0,47; для первого ряда пучка С = 0,53; для третьего и последующих рядов С = 0,82.

,

R_т – радиус горизонтальной трубы, м;

D – коэффициент концентрационной диффузии, м²/с;

Коэффициент диффузии D пара в парогазовой смеси вычисляется по формуле

, м²/с (61)

здесь Т – абсолютная температура парогазовой смеси, К;

Р – асболютное давление смеси, кГс/см²;

М_А, М_Б – молекулярные массы компонентов А и Б;

_А,_Б – молекулярные объемы компонентов А и Б, определяемые как сумма атомных объемов элементов, входящих в состав компонента.

Значения атомных объемов элементов  для

Кислорода 7,4

Водорода (Н) 3,7

Водорода (Н₂) 14,3

Азота 15,6

Углерода 14,8

Воздуха 29,9

, где W_п – скорость парогазовой смеси перед трубой или рядом труб, м/с;

_о = Р_го/Р – начальное содержание газа в паре (55). Формула (60) применима для диапазона _о = 0,01 - 0,56;

П_D = Р_по - Р_н/Р – критерий массообмена, учитывающий влияние на массообмен разности парциальных давлений в потоке и общего давления смеси Р.

При Re = 40 - 350 для пятого ряда труб горизонтального трубного пучка расчет коэффициента массоотдачи ведется по формуле

(62)

Физические параметры смеси в уравнениях (60) и (62) определяются по состоянию паровоздушной смеси перед трубой или рядом труб.

3.10. Теплоотдача при кипении жидкостей

Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в условиях свободного движения для всех жидкостей, смачивающих поверхность теплообмена, определяется по следующей формуле:

(63)

Значения постоянных при кипении неметаллических жидкостей составляют:

При Re_* C = 0,0625; n = 0,5;

Re_* > C = 0,125; n = 0,65;

В случае кипения жидких металлов Re_* > 0,01; показатель степени при числе Прандтля равен 0,65. Здесь

и - кинематический коэффициент вязкости, теплоемкость, теплота парообразования, коэффициенты теплопроводности, температуропроводности и поверхностного натяжения жидкости при температуре насыщения t_н; _ж и_п – плотности жидкости и пара при температуре t_н; Т_н – температура насыщения, К.

2. При пузырьковом кипении жидкости в вертикальных трубах с естественной циркуляцией в случае q1,5∙10⁵ Вт/м² коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению:

где - плотность пара при абсолютном давлении Р = 1 кГс/см², кг/м³.

Формула (64) имеет следующие пределы применения:

Р_АБС = 0, кГс/см²; Pr_ж = 0,8 - 100;

Для кипения растворов в вертикальных трубах формула (64) дает наиболее точные результаты при соблюдении оптимального уровня в трубах, При оптимальном уровне создаются такие условия циркуляции, когда жидкость кипит внутри трубки практически по всей ее высоте.

В первом приближении оптимальный уровень при кипении растворов различной концентрации можно определить по формуле:

(65)

Здесь Н – высота трубы, м;

Н_опт – оптимальный уровень раствора, м, фиксируемый по водомерному стеклу;

_р,_в – плотность раствора и воды, кг/м³.

3. При вынужденном движении кипящей жидкости в трубах в условиях, когда она нагрета до температуры насыщения, коэффициент теплоотдачи подсчитывается по следующим формулам:

если (66 а)

если (66 б)

если (66 в)

где - коэффициент теплоотдачи при кипении движущейся жидкости в трубах, Вт/(м² ∙К);

_ккоэффициент теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении в большом объеме, определяемый по формуле (63), Вт/(м² ∙К);

_wкоэффициент теплоотдачи при турбулентном движении однофазной жидкости в трубах, определяемый по формуле (22), Вт/(м² ∙К).