3.2.5. Влияние различных факторов на процесс конденсации

В л и я н и е п е р е г р е в а п а р а. Если температура стенки ниже температуры насыщения, то процесс конденсации перегретого пара протекает так же, как и насыщенного. Конечно, это не значит, что перегретый пар сразу становится насыщенным во всем объеме; насыщенным пар становится лишь у стенки по мере его охлаждения, а вдали от стенки он остается перегретым.

При конденсации перегретого пара необходимо учитывать теплоту перегрева , Дж/кг, и вместо теплоты фазового перехода r в расчетную формулу подставлять значение , где и — энтальпии перегретого и насыщенного пара соответственно. За разность температур при этом по-прежнему принимается .

Так как r_пп > r, то при конденсации перегретого пара теплоотдача несколько выше, чем при конденсации насыщенного пара. Однако разница обычно незначительна и в практических расчетах ею часто можно пренебречь.

В л и я н и е с о с т о я н и я п о в е р х н о с т и. Теплоотдача при конденсации пара зависит от состояния поверхности. Если поверхность шероховата или покрыта слоем окисла, то вследствие дополнительного сопротивления течению толщина пленки увеличивается, а коэффициент теплоотдачи при этом снижается.

Следует отметить, что в случае наличия окисной пленки она сама оказывает дополнительное термическое сопротивление.

В л и я н и е с о д е р ж а н и я в п а р е н е к о н д е н с и р у ю щ и х с я г а з о в. При наличии в паре воздуха или других неконденсирующихся газов теплоотдача при конденсации сильно снижается. Это происходит потому, что на холодной стенке конденсируется только пар, а воздух остается. При отсутствии конвекции с течением времени воздух скапливается около стенки и оказывает значительное препятствие продвижению пара к стенке.

Опытная кривая изменения относительного коэффициента теплоотдачи в зависимости от концентрации воздуха в паре по данным [20] приведена на рис. 3.15. Здесь по оси абсцисс нанесено значение массовой концентрации воздуха в паре æ=m_в/m_п %, а по оси ординат — отношение , где m_в — масса воздуха, кг; m_п — масса пара, кг, содержащиеся в единице объема смеси. Коэффициент теплоотдачи отнесен к разности температур , где t_п — температура паровоздушной смеси вдали от поверхности, °С. Опыты проводились на горизонтальных трубах. Как видно из рисунка, при содержании в паре даже 1% воздуха коэффициент теплоотдачи снижается на 60%. Это является причиной, почему в промышленных конденсаторах осуществляется непрерывный отсос воздуха.

Рисунок 3.15 – Зависимость относительно коэффициента теплоотдачи от концентрации воздуха в паре

В л и я н и е с к о р о с т и и н а п р а в л е н и я т е ч е н и я п а р а. Приведенные выше зависимости справедливы для неподвижного пара или когда скорость его течения мала. При значительных скоростях поток пара оказывает динамическое воздействие на конденсатную пленку. Если движение пара совпадает с направлением течения пленки, поток пара ускоряет движение конденсата в пленке, ее толщина уменьшается, и коэффициент теплоотдачи возрастает. При движении пара снизу вверх, т. е. в обратном направлении, течение пленки тормозится, толщина ее увеличивается, а коэффициент теплоотдачи уменьшается. Однако такое явление происходит лишь до тех пор, пока динамическое воздействие пара не превысит силу тяжести. После этого пленка пара увлекается вверх и частично срывается с поверхности. При этом с увеличением скорости пара коэффициент теплоотдачи вновь растет.

В л и я н и е к о м п о н о в к и п о в е р х н о с т и н а г р е в а. При проектировании конденсационных устройств большое внимание должно уделяться правильной компоновке поверхности нагрева. Теплоотдача на горизонтальных трубах больше, по сравнению с вертикальными, так как в первом случае толщина пленки конденсата меньше. Однако это справедливо лишь для одной трубки или для верхнего ряда горизонтальных труб в пучке. В многорядных пучках конденсат с верхних рядов стекает на нижние, поэтому и пленка здесь получается более толстой.

в реальных условиях конденсат стекает в виде отдельных капель или струйками, что вызывает одновременно значительные возмущения и даже турбулизацию пленки. Кроме того, при конденсации пара на многорядном пучке необходимо учитывать влияние скорости движения поступающего пара в зазорах между трубами, которая может изменять характер стекания конденсата.

Для вертикальных труб коэффициент теплоотдачи книзу уменьшается вследствие утолщения пленки. В этом случае среднее значение теплоотдачи можно увеличить путем установки по высоте трубы конденсатоотводных колпачков (рис. 3.16). Установка таких колпачков через каждые 10см на трубе высотой h = 3м увеличивает среднее значение коэффициента теплоотдачи в 2-3 раза.

при проектировании конденсаторов большое внимание следует уделять профилактическим мерам против снижения теплоотдачи вследствие, например, наличия воздуха, неправильного отвода конденсата и подачи пара в аппарат, отложения на поверхности солей, масла и других загрязнений. Именно эти обстоятельства могут оказаться причиной неудовлетворительной работы конденсаторов.

Рисунок 3.16– Схема установки конденсатоотводных колпачков на

вертикальных трубах