Тема: «Теплообмен при конденсации. Плёночная и капельная конденсации. Теплоотдача при конденсации чистых паров. Факторы, влияющие на теплообмен при конденсации чистых паров из паровых смесей. » Выполнили студенты группы МШ-21: Приказщиков И. С. Кухалов А. Ю. 1
Теплообмен при конденсации n n Конденсация представляет собой процесс перехода пара (газа) в жидкое или твердое состояние (фазовый переход первого рода). Конденсация пара часто встречается на практике. В конденсаторах паровых турбин пар конденсируется на охлаждаемых трубах; конденсация пара осуществляется в опреснительных установках и многочисленных теплообменных аппаратах. Конденсация может происходить как в объеме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае образование конденсированной фазы может происходить самопроизвольно при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения и на холодных жидких или твердых частицах, вводимых в пар. 2
Пленочная и капельная конденсация В энергетике, во многих других областях техники и промышленности чаще приходится иметь дело с конденсацией пара в жидкое состояние на охлаждаемых поверхностях теплообмена. Конденсация насыщенного или перегретого пара на твердой поверхности теплообмена происходит, если температура поверхности меньше температуры насыщения при данном давлении конденсации, когда жидкая конденсированная фаза образуется на поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки (рис 1. 1), называется пленочной конденсацией. Когда же на поверхности происходит образование капель (рис 1. 1 и 1. 2) имеет место капельная конденсация. 3
Теплоотдача при капельной конденсации пара При капельной конденсации водяного пара теплоотдача может быть во много раз больше, чем при пленочной. Это объясняется тем, что пленка конденсата является большим термическим сопротивлением передаче тепла фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. При капельной конденсации в силу разрыва пленки это сопротивление гораздо меньше. Приблизительно можно говорить, что при капельной конденсации (1) , а при пленочной (2) 4
Расчётные уравнения коэффициента теплоотдачи для вертикальных и горизонтальных труб Характер изменения толщины пленки и коэффициента теплоотдачи вдоль вертикальной стенки показаны на рис. 4 -24. Среднее значение коэффициента теплоотдачи для вертикальной стенки или вертикальной трубы высотой h определяется формулой: где (19) (20) Из уравнения (4 -18) следует, что средний коэффициент теплоотдачи уменьшается с ростом высоты h и температурного напора ∆t. Вывод, приведенный выше для вертикальной стенки, применим и для наклонной. При этом единственное отличие будет в том, что в уравнение движения (г) войдет составляющая силы тяжести в направлении движения пленки. Если Ѱ — угол наклона стенки к горизонту, то вместо ускорения свободного падения g для вертикальной стенки во все соотношения войдет величина g sinѰ. Тогда расчетная формула для коэффициента теплоотдачи принимает вид: (21) Вывод, аналогичный изложенному выше для вертикальной стенки, был приведен Нуссельтом также для горизонтальной трубы. Полученная им формула для среднего коэффициента теплоотдачи имеет вид: (22) где D — диаметр трубы. 5
Влияние различных факторов на процессы 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. 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. Влияниесодержаниявпаренеконденсирующи 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. 6
Влияние различных факторов на процессы конденсации 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. 7
Скачать презентацию Тема Теплообмен при конденсации Плёночная и капельная конденсации
презентация 1.ppt