Расчет теплоотдачи при фазовых превращениях

3.3.1. Теплоотдача при пленочной конденсации неподвижного пара
на вертикальной поверхности

Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации неподвижного сухого насыщенного пара на вертикальной поверхности высотой ℓ зависит от режима течения стекающей пленки конденсата.

При ламинарном режиме Z_s < 2300 (рис. 12.2 в учебнике [4]) средний коэффициент теплоотдачи () для поверхности высотой ℓ рассчитывается по уравнению

, (3.16)

где - безразмерный комплекс (определяющее число подобия); - число Рейнольдса (определяемое число подобия); - теплота парообразования; - ускорение силы тяжести; - соответственно коэффициент кинематической вязкости, плотность, коэффициент теплопроводности.

Индексы и указывают на определяющую температуру (температуру насыщения t_s при давлении р или температуру стенки t_c). Индекс указывает на то, что величины следует брать из таблицы для жидкости на линии насыщения, т.е. для пленки конденсата, но не для пара.

При смешанном режиме (Z_s > 2300), когда на поверхности имеют место и ламинарный, и турбулентный режимы стекающей пленки, средний коэффициент теплоотдачи рассчитывается по уравнению

. (3.17)

Количество пара, конденсирующееся на поверхности F за 1 с () рассчитывается по уравнению теплового баланса

. (3.18)

3.3.2. Теплоотдача при пленочной конденсации неподвижного пара
на горизонтальной трубе

Средний коэффициент теплоотдачи при конденсации сухого насыщенного пара на горизонтальной трубе при t_c = const рассчитывается по уравнению

, (3.19)

где - коэффициент динамической вязкости; d – наружный диаметр трубы.

3.3.3. Теплоотдача при пленочной конденсации движущегося пара
на горизонтальных трубах

Средний коэффициент теплоотдачи при конденсации движущегося пара на горизонтальной трубе (движение пара сверху вниз) рассчитывается по уравнению

, (3.20)

где - коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формуле Нуссельта:

,

- число Фруда; - скорость пара; - число Кутателадзе; , - безразмерные величины; - плотность и динамическая вязкость пара, определяются из таблицы пара на линии насыщения при температуре t_s.

3.3.4. Теплоотдача при пузырьковом кипении жидкости
в условиях свободного движения

Для расчета среднего коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении воды в условиях естественной конвекции можно воспользоваться безразмерным уравнением подобия Кружилина Г.Н.

, (3.21)

при

при

, ;

- скорость парообразования; - плотность теплового потока, подводимого к поверхности нагрева; - коэффициент поверхностного натяжения жидкости; T_s, K – температура насыщения при давлении кипящей жидкости р;

или эмпирическим уравнением зависимости коэффициента теплоотдачи от режимных параметров р и q_c

, (3.22)

где , р [бар].

Уравнение (3.21) получено на основе математического описания процесса кипения и обработки большого экспериментального материала. Допустимая погрешность уравнений подобия, каким является уравнение (3.21), составляет до 30 % и определяется не только погрешностью эксперимента, но и корректностью математического описания задачи.

Погрешность эмпирического уравнения (3.22) определяется только погрешностью эксперимента и, следовательно, точность его более высокая.

Отклонение полученных коэффициентов теплоотдачи по уравнению Кружилина и по эмпирическому уравнению определится по формуле

%.

Температура на поверхности нагрева (t_c) определится из уравнения Ньютона-Рихмана

, (3.23)

а количество испаренной жидкости за 1 с - из уравнения теплового баланса для кипящей жидкости

(3.24)

при условии, что F = 1м². В формулы (3.23) и (3.24) следует подставлять значение , вычисленное по (3.22).

3.3.5. Теплоотдача при пузырьковом кипении жидкости
в условиях вынужденной конвекции в трубах

Порядок расчета среднего коэффициента теплоотдачи при вынужденном течении кипящей жидкости в трубах следующий:

1. Рассчитывают средний коэффициент теплоотдачи при вынужденном течении кипящей жидкости в трубе . Для этого определяют число , устанавливают режим течения жидкости и выбирают соответствующее расчетное уравнение для (см. методические указания к решению задачи № 3, задание № 2, контрольную работу № 3). Теплофизические свойства кипящей жидкости даны в табл.6 ПРИЛОЖЕНИЯ. Принять, что труба длинная, а следовательно, .

2. Рассчитывают коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости в условиях естественной конвекции (a_q), например по эмпирическому уравнению, приведенному в [4]:

, (3.25)

где .

3. Сравнивают a_w и a_q.

При средний коэффициент теплоотдачи принимают равным

при

при .

Поиск по сайту: