Учебное пособие 1106

1.Силы тяжести и силы вязкости во много раз больше сил инерции в пленке конденсата.

2.Теплопроводность поперек пленки значительна по сравнению с конвективным переносом теплоты в пленке и теплопроводностью вдоль нее.

3.Трение на границе жидкой и паровой фаз отсутствует.

4.Температура насыщения пара равна температуре поверхности пленки конденсата.

5.Физические свойства жидкой фазы не зависят от температуры.

6.Плотность пара существенно меньше плотности кон-

денсата.

Схема образования пленки конденсата показана на рис.

1.1.

Рис. 1.1. Схема образования пленки конденсата

При сделанных выше допущениях дифференциальные уравнения энергии и движения вязкого конденсата записываются как

2

и

где Т − температура конденсата, К; ηк − динамическая вязкость конденсата, Па∙с; wx − проекция скости конденсата на ось х, м/с; ρк − плотность конденсата, кг/м3; g − ускорение свободного падения, м/с2.

Граничные условия:

Здесь δ − толщина пленки конденсата, м; Tст − температура стенки, К; Tн − температура насыщения, К.

Интегрирование уравнения энергии (1.1) при заданных граничных условиях дает

Плотность теплового потока, который поступает в охлаждаемую стенку, можно определить, используя закон Фурье

где λк − теплопроводность конденсата, Вт/(м∙К).

3

В то же время плотность теплового потока в соответствии с законом Ньютона-Рихмана имеет вид

где α − коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2∙К).

Сравнивая уравнения (1.7) и (1.8), нетрудно видеть, что коэффициент теплоотдачи

4

Приращение массового расхода конденсата в сечении dx , происходящее вследствие конденсации пара, определяется выражением

Если пренебречь теплотой переохлаждения конденсата по отношению к температуры насыщения, можно получить приращение массового расхода конденсата в виде

где r − удельная теплота парообразования, определяемая при температуре Tн

Приравнивание правых частей уравнений (1.13) и (1.14) позволяет записать следующее дифференциальное уравнение

Решением уравнения (1.15) является выражение для определения толщины пленки конденсата

Локальный коэффициент теплоотдачи

5

Средний коэффициент теплопередачи при конденсации пара на стенке высотой H, м, находится интегрированием выражения (1.17)

Выражение (1.18) применимо для расчета при ламинарном движении пленки конденсата, обладающей плоской поверхностью.

пленка имеет волнистую поверхность. Ее средняя толщина меньше, а площадь поверхности больше, чем у плоской пленки. Образование волн обусловливает увеличение коэффициента теплоотдачи приблизительно на 20%. При Re ≥ 400 происходит смена ламинарного режима движения жидкости в пленке конденсата турбулентным.

1.2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Схема экспериментальной установки продемонстрирована на рис. 1.2.

6

Для получения водяного пара применяется электрический лабораторный парогенератор 1, у которого на выходе установлен сепаратор, позволяющий удалять мелкие капли воды. Производительность такого парогенератора не превышает 25 кг пара в час. Безопасность эксплуатации парогенератора обеспечивается оборудованными автоматическим устройством, которое отключает электропитание при давлении 0,11 МПа, и предохранительным клапаном, включающимся при давлении более 0,12 МПа. Время закипания воды занимает примерно 45-50 мин.

Установка содержит пароперегреватели 2 и 3, предназначенные для перегрева пара на 3-5 К выше температуры насыщения с тем, чтобы уменьшить количества конденсата в паропроводах. Перегретый пар проходит по трубопроводу, а затем попадает в экспериментальный участок, где он конденсируется на холодной поверхности трубы. Малая скорость пара (менее 1 м/с) дает возможность считать, что процесс конденсации происходит при неподвижном паре. Конденсат на трубе стекает в мерную колбу 9 или в слив.

Труба охлаждается водой из водопровода через бак постоянного уровня 6. Расход воды регулируют вентилем и контролируют с использованием расходомера 8. Для определения температур поверхности трубы, охлаждающей воды и пара применяют хромель-копелевые термопары 5. Все термопары подключены через переключатель к блоку измерения температуры 7.

1.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Проведение эксперимента осуществляется при разных массовых расходах охлаждающей жидкости, так как при этом обеспечиваются различные температуры поверхности трубы 4 (рис. 1.2). Порядок проведения эксперимента следующий.

8