Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Теплоотдача при конденсации. Пар

конденсируется, т. е. переходит в жидкое состояние, на поверхности теплообмена, температура которой ниже температуры насыгцения (/с</н). Различают капельную конденсацию, когда образовавшаяся жидкость (конденсат) не смачивает [юверхность и скатывается в виде отдельных капель, например ртуть на стальной стенке, и пленочную конденсацию, когда конденсат смачивает поверхность и образует сплошную пленку (рис. 10.4). Пленочная конденсация встречается значительно чаше.

Аналитическое решение для расчета локального коэффициента теплоотдачи при ламинарном течении пленки (Re = = a;6/v<400), полученное В. Нуссель-том в 1916 г., имеет вид

У4р( -Ух

где г - теплота парообразования.

Из формулы (10.14) видно, что интенсивность теплоотдачи убывает по мере стенания конденсата из-за возрастания толщины его пленки. Среднее значение коэффициента теплоотдачи от поверхности высотой Н

1

= 0,943

10.15)

В безразмерной форме и с учетом экспериментальных поправок расчетное уравнение имеет вид

Рис. 10.4. Характер течения конденсата на вертикальной пластине (а) и распределение коэффициента теплоотдачи по высоте {6}

где Re =

Re = 0,95Z°*e,;

Теплофизические параметры конденсата в формулы (10.14), (10.15) следует подставлять при температуре насыщения 1н, а и рс при температуре стенки.

Вдоль поверхности, наклоненной под углом ф к вертикали, конденсат стекает медленнее, пленка его получайся толще, коэффициент теплоотдачи в соответствии с формулой а = Х/6 ниже, т. е.

Vcos ф.

(10.16)

Для горизонтальной трубы угол ф - переменная величина. Интегрированием можно получить формулу для расчета среднего по периметру горизонтальной трубы коэффициента:

В промышленных теплообменниках конденсация обычно происходит на поверхности пучков труб. Коэффициент теплоотдачи от пучка труб ниже, чем от одиночной трубы, поскольку толщина пленки конденсата на нижних трубах увеличивается за счет стекания его с верхних труб. Формулы и графики для расчета поправок можно найти в справочниках.

Присутствие в паре неконденсирующихся газов (например, воздуха) сильно снижает значение коэффициента теплоотдачи (рис. 10.5) из-за того, что пар, подходя к поверхности, на которой идет конденсация, увлекает вместе с собой и неконденсирующиеся газы. При конденсации происходит как бы сортировка перемещенных молекул пара и газа - первые захватываются пленкой конден-

= 0,728

Рис. 10.5, Изменение интенсивности теплоотдачи к горизонтальной трубе в зависимости от массовой концентрации воздуха в паре при атмосферном давлении и различных скоростях обтекания

сата, а вторые остаются в газовой фазе, накапливаются и вынуждены двигаться назад от поверхности раздела фаз. Этот встречный поток затрудняет доступ новым молекулам пара к пленке конденсата, т. е. замедляет процесс конденсации. Влияние неконденсирующихся газов на теплоотдачу при конденсации уменьща-ется в случае, когда поверхность обдувается потоком пара со скоростью Wn, поскольку при этом молекулы газа сносятся набегающим потоком и не успевают накапливаться около пленки конденсата.

Пример 10.3. Рассчитать коэффициент теплоотдачи и тепловой поток к горизонтальной трубке парового подогревателя воды для горячего водоснабжения. Длина трубки / = = 2 м, наружный диаметр (i = 18 мм, температура стенки с=100°С. На трубе конденсируется насыщенный водяной пар, р = = 0,6 МПа.

Теплофизические свойства воды (конденсата): при / = 158,8 °С; Х = 0,683 Вт/(м К); р = 909 кг/м р,= 172-10 Па-с; г = = 2086 кДж/кг; при /.= 100°С; Хс = = 0,683 Вт/(м.К); ц<. = 282-10 Па-с.

По формуле 10.17 находим

= 0,728 Л

(7)4

V0,683 909 9,81.2086-103 172-10-(1.58,8-100).0,018

У 0,683 Y 172-10

=8980 Вт/(м2,.К);

Q = af(/ -g = = 8980.3,14-0,018-2 (158,8-100) =

= 59,7- 10 Вт.

Ill 1 OIHIl Н1ИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОФФИЦИ НТОВ ТЕПЛООТДАЧИ

Чтобы не допустить грубой ощибки, нужно четко представлять диапазоны изменения коэффициентов теплоотдачи в различных условиях. Они приведены ниже, Вт/ (м-- К):

Свободная конвекция н ra: ix .) :10, Свободная конвекция воды 10 10 Вынужденная конвекция газов ......... 10 . )00

Вынужденная конвекция uoiu.i 500 2-10

Кипение воды......2-10 4-I(J

Жидкие металлы..... Ю-З-Ю

Пленочная конденсация водяного пара.......4- 10 - 10

Капельная конденсация водяного пара.......4 IО- - 10

Если в результате расчета по формулам коэффициент теплоотдачи выходит далеко за указанные пределы, надо внимательно разобраться в причинах этого. Приведенные значения можно использовать и для оценочных расчетов. Иногда дальнейщие уточнения оказываются ненужными.

Контрольные вопросы и задачи

10.1. Почему в сауне с температурой более 100 °С человек может находиться довольно долго, а в кипящей воде нет?

10.2. Оценить влияние скорости жидкости на коэффициент теплоотдачи при продольном обтекании пластины.

10.3. Получить зависимость для расчета коэффициента теплоотдачи от трубы к движущемуся внутри нее потоку газа, например, к воздуху.

10.4. Оценить влияние температуры воздуха на интенсивность конвективной теплоотдачи от него к стенке трубы.

10.5. Каким образом можно интенсифицировать теплоотдачу при конденсации пара на вертикальной трубе?

Глава одиннадцатая ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

П.1. ОПИСЛНИГ: ПРОЦЕССА Н ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Тепловое излучение есть результат превращения внутренней энергии тел в энергию электромагнитных колебаний. При попадании тепловых лучей (волн) на другое тело их энергия частично поглощается им, снова превращаясь во внутреннюю. Так осуществляется лучистый теплообмен между телами.

Тепловое излучение как процесс распространения электромагнитных волн характеризуется длиной волны к и частотой колебаний \ = с/к, где с - скорость света (в вакууме с = 3-10*м/с).

Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу, поэтому классификация излучения по длинам волн в зависимости от производимого ими эффекта носит лишь условный характер. При температурах, с какими обычно имеют дело в технике, основное количество энергии излучается при к = 0,8-i-80MKM. Эти лучи принято называть тепловыми (инфракрасны-м и). Большую длину имеют радиоволны, меньшую - волны видимого (светового, 0,4-0,8 мкм) и ультрафиолетового излучения.

Тепловой поток, излучаемый на всех длинах волн с единицы поверхности тела по всем направлениям, называется поверхностной плотностью потока интегрального излучения Е, Вт/м. Она определяется природой данного тела и его температурой. Это собственное излучение тела.

Часть энергии излучения Е ая, падающей на тело (рис. 11.1), поглощается

(£), часть отражается (Е/) и часть проникает сквозь него (Еи). Таким образом,

+ + (11.1)

Это уравнение теплового баланса можно записать в безразмерной форме:

A + R + D=\. (11.2)

Величина А =£/£ ад называется коэффициентом п о г л о щ е н и я, /? = £/ пад - коэффициентом отражен и я, D = Еи/Епал - коэффициентом пропускания.

Тело, поглощающее все падающее на него излучение, называется абсолютно черным. Для этого тела /4 = 1. Тела, для которых коэффициент Л< 1 и не зависит от длины волны падающего излучения, называются серыми. Для а б-солютно белого тела R = \, для а б-солютно про3рачно г о D = 1.

Если поверхность поглош.ает тепловые лучи, но не поглощает световые, она не кажется черной. Более того, наше зрение может воспринимать такую поверхность как белую, например снег, для которого Л = 0,98. Стекло, прозрачное в видимой части спектра, почти не прозрачно для тепловых лучей (/1=0,94).

Рис. 11.1. Распределение энергии излучения, падающей на тело

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.