3.9.2.Основные уравнения подобия и расчетные формулы

В результате обработки многочисленных опытных данных получено следующее уравнение подобия для расчета теплоотдачи при конденсации пара:

, (3.73)

где , (число подобия Кутателадзе), r – скрытая теплота парообразования, с_р- теплоемкость конденсата.

Определяющей температурой является средняя температура конденсата:

.

Значение r выбирается из таблиц теплофизических свойств пара по значению t_н.

Коэффициенты С и n в уравнении подобия теплоотдачи удобно выбирать из таблицы 3.8.

Таблица 3.8. Константы уравнения подобия теплоотдачи

Тип поверхности	С	n
Вертикальные плиты и трубы	1,15	0,25
Горизонтальные трубы	0,728	0,25

Если в уравнении подобия раскрыть содержание чисел подобия, то можно получить формулы в виде:

для вертикальных труб и плит

(3.73)

для горизонтальных труб

, (3.74)

где А=, Н- высота плиты (трубы), d_н- наружный диаметр трубы.

Физические параметры пленки конденсата выбираются по средней температуре конденсата.

3.9.3. Влияние на теплоотдачу при конденсации различных факторов

Влияние скорости движения пара. Если скорость пара относительно поверхности больше 10 м/c, то она может влиять на теплоотдачу. Если пар движется вниз, то он ускоряет движение плёнки конденсата, она становиться тоньше и увеличивается. Если пар движется вверх, то он замедляет движение плёнки конденсата, она становится толще и уменьшается.

Влияние состояния поверхности. Если поверхность шероховатая или покрыта слоем окисла, то вследствие дополнительного сопротивления течению толщина пленки конденсата увеличивается и уменьшается. Следует учесть значительное влияние толщины окисной плёнки на поверхности теплообмена.

Влияние перегрева пара. Если температура стенки ниже t_н, то процесс конденсации перегретого пара протекает так же, как и насыщенного. Перегретый пар лишь у стенки становится насыщенным, оставаясь перегретым в объеме.

При конденсации перегретого рапа необходимо учитывать теплоту перегрева пара

,

где i_п – энтальпия перегретого пара, i_н – энтальпия насыщенного пара.

При расчетах коэффициента теплоотдачи в расчетную формулу вместо теплоты парообразования r подставлять значение величины с учетом перегрева пара:

.

Температурный напор, как и прежде, определяется по формуле:

.

Так как , то при конденсации перегретого пара теплоотдача несколько выше, чем при конденсации насыщенного пара. Эта разница составляет около 3 % и в практических расчетах часто не учитывается.

Влияние содержания в паре неконденсирующихся газов. При наличии в паре неконденсирующихся газов они скапливаются у стенки и оказывают препятствие продвижению пара к ней. Через слой газа молекулы пара проникают лишь диффузией. При содержании в паре 1% воздуха коэффициент теплоотдачи снижается на 60%.

При работе промышленных конденсаторов воздух непрерывно отсасывается, хотя здесь вследствие хорошего перемешивания наличие воздуха сказывается меньше.

Влияние компоновки поверхности конденсации. Теплоотдача на горизонтальных трубах интенсивней, чем на вертикальных, так как в первом случае толщина пленки конденсата меньше. Однако это справедливо лишь для одиночной трубы. В многорядных пучках конденсат с верхних рядов стекает на нижние трубы, поэтому здесь пленка получается толстой. Чтобы избежать этого, применяют схему Жинабао, в которой оси труб повернуты на некоторый угол относительно вертикали.

Расчетом получают α только для труб верхнего ряда. Коэффициент теплоотдачи для труб нижних рядов получают расчетом по формуле:

,

где ε_р находится из таблицы, как функцию типа пучка (шахматный, коридорный, Жинабао) и номера ряда.

В больших конденсаторах применяют промежуточный отвод конденсата.

Для вертикальных труб α книзу уменьшается вследствие утолщения пленки. В этом случае среднее значение можно увеличить путем установки по высоте трубы конденсатоотводных колпачков. Установка таких колпачков через каждые 100 мм на трубе длиной 3м увеличивает в 2-3 раза.

Еще большее увеличение получается при подаче пара в виде тонких струек, движущихся с большой скоростью. При ударе таких струй о стенку происходит разрушение пленки и разбрызгивание конденсата. По опытным данным термическое сопротивление теплоотдачи при этом уменьшается в 3-10 раз.

Следует отметить высокий уровень теплоотдачи при конденсации. Значение достигает величины 10000 Вт/м²·град. и более.

При проектировании конденсаторов большое внимание уделяют профилактическим мерам против снижения интенсивности теплоотдачи от наличия газа в жидкости; неправильного отвода конденсата; отложений на поверхностях конденсации солей, масел и других компонентов. Именно эти обстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсатора.