Значения к0 в зависимости от числа Ref
Ref×10-3 |
2,3 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
K0 |
3,6 |
4,9 |
7,5 |
10 |
12,2 |
16,5 |
20 |
24 |
27 |
30 |
33 |
При расчётах следует принимать в качестве определяющей температуры среднюю температуру жидкости, в качестве определяющего размера ‑ внутренний диаметр трубы.
6. Вынужденная конвекция при обтекании пластины.
Если турбулентный
режим не развит (Re<104)
При турбулентном режиме
За характерный размер принимается расстояние в направлении потока, характерная скорость – скорость набегающего потока
Для сопоставления полученных расчетом значений коэффициента теплоотдачи рекомендуется следующий порядок величины αК
-для газов
при естественной конвекции 60-10Вт/(м2·К)
при вынужденной конвекции при движении по трубам или между ними 60-10Вт/(м2·К)
-для воды
при естественной конвекции 110-1100Вт/(м2·К)
при вынужденной конвекции при движении по трубам или между ними 500-11000Вт/(м2·К)
6. Теплообмен при конденсации водяного пара
На поверхности твердых тел различают пленочную и капельную конденсацию, которые при неподвижном паре зависят от угла смачивания. Совершенно чистые металлические поверхности почти полностью смачиваются водой, а загрязненные - неполно или вовсе не смачиваются.
Капельная конденсация имеет место при слабой интенсивности конденсации, когда конденсат не смачивает поверхность или поверхность загрязнена. Под действием механических сил отдельные капли скатываются по поверхности, образуя ручейки. Преобладающая часть твердой поверхности продолжает при этом непосредственно омываться паром. Искусственно капельную конденсацию можно получить, смазывая поверхность маслом или примешивая жирные кислоты к конденсирующемуся пару.
Пленочная конденсация имеет место при соприкосновении водяного пара с чистой металлической поверхностью. Капли, выпадающие на поверхности, растекаются и образуют сплошную пленку. Необходимо знать, что любая чистая поверхность металла постепенно покрывается загрязнениями и плохо смачивается, но с течением времени (в процессе старения поверхности) образуется оксидная пленка, на которой конденсация, рано или поздно приобретает пленочный характер. Поэтому капельная конденсация особого интереса для инженеров не представляет, хотя при капельной конденсации теплообмен между паром и стенкой в 5 - 10 раз больше, чем при пленочной конденсации.
Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации зависит от режима течения пленки конденсата, который определяется через критерий Рейнольдса.
Всего при течении пленки конденсата различают три режима: ламинарный, волновой и смешанный.
Волновой режим течения характеризуется наличием волн на поверхности ламинарной конденсатной пленки.
При смешанном режиме течения на разных участках поверхности теплообмена одновременно существует ламинарный и турбулентный режимы стекания пленки конденсата и на поверхности пластины (трубы) рассматривают два участка:
а) верхний участок занят ламинарным пограничным слоем; возможен переход к волновому режиму;
б) нижний участок занят развитым турбулентным пограничным слоем.
При конденсации пара на чистой поверхности всегда получается сплошная пленка, в результате чего создается дополнительное термическое сопротивление передачи теплоты от пара к стенке. На шероховатой поверхности толщина пленки выше при прочих равных условиях. Кроме того, пленка окислов на поверхность может дополнительно снизить коэффициент теплоотдачи на 30 % и более.
Если конденсация происходит на вертикальной поверхности (или трубе), течение пленки носит ламинарный характер, градиент температуры вдоль пленки конденсата отсутствует, а силы инерции, возникающие в ней, пренебрежимо малы.
Если пар энергично движется сверху вниз и скорость движения пара совпадает по направлению со скоростью течения пленки конденсата, то коэффициент теплоотдачи увеличивается, так как толщина пленки становится меньше. При противоположном направлении скоростей коэффициент теплоотдачи уменьшается, так как толщина пленки вследствие трения становится больше.
Если скорость восходящего пара становится выше определенного предела, то конденсатная пленка разрушается и оказывается сорванной с поверхности. Срыв пленки способствует интенсификации и возрастанию теплообмена.
Особое внимание необходимо уделять расположению поверхности. При прочих равных условиях вопрос компоновки следует решать в пользу горизонтальной трубки (по сравнению с вертикальной средний коэффициент теплоотдачи выше). Однако это справедливо лишь для одиночных труб, а также верхнего ряда труб в пучке. С верхнего ряда конденсат стекает на нижние ряды, утолщая тем самым пленку конденсата каждого последующего ряда. Поэтому в больших конденсаторах на горизонтальных трубках целесообразно располагать специальные наклонные перегородки (поверхности) для отвода конденсата.
При вертикальном расположении трубок лучше всего пользоваться конденсатоотводными колпачками. Установка таких колпачков через каждые 10 см по высоте трубы прерывает естественное утолщение стекающей пленки конденсата, чем значительно увеличивает среднее значение коэффициента теплоотдачи по высоте трубки.
Если в паре содержится неконденсирующийся газ, воздух, то наибольшая его концентрация наблюдается у стенки, образуется слой повышенного термического сопротивления, и коэффициент теплоотдачи заметно снижается