Главная Процесс переноса теплоты



с верхних труб на нижние. Однако сток конденсата в горизонтальном пучке имеет отличие от стока по непрерывной вертикальной стенке.

Конденсат стекает с трубки не в виде сплошной пленки, а отдельными каплями или струйками (рис. 12-12). Капли, попадая на пижеле-жащ.ую трубку, с одной стороны, временно утолщают пленку в месте

падения, растекаясь затем по ее поверхности, с другой - возмущают течение пленки, что может способствовать появлению волнового или даже турбулентного режима движения. Места отрыва и падения капель все время перемещаются вдоль трубки. Это перемещение усиливается, если трубка имеет хотя бы небольшой наклон. В этом случае волнообразная струя конденсата передвигается вдоль нижней части трубки. Такой характер стекания конденсата приводит к тому, что некоторое увеличение термического сопротивления за счет утолщения слоя конденсата в значительной части компенсируется возникающими при стоке возмущениями.

Влияние конденсата, натекающего сверху на данную трубку, может

i=n i-n

быть учтено параметром -gi-, где С,- - суммарное количество кон-1=1 1=1

денсата, стекающего по трубе п-го ряда; G„ - количество конденсата, образующегося на рассматриваемой трубе (i=n) [Л. 87]. Здесь п - число рядов труб по высоте коридорного пучка или половина числа рядов труб по высоте шахматного пучка. Опытным путем получено:


500 еоо 700 £00

Рис. 12-11. Зависимость относительного коэффициента теплоотдачи u/un одиночной горизонтальной трубы от числа Рейнольдса пара при р=8,6.10» Па.

(12-34)

здесь an - средний коэффициент теплоотдачи п-го ряда, приведенный

к скорости пара и температурному напору средний коэффициент теплоотдачи первого ряда [Л. 191].

Если трубный пучок имеет одинаковое сечение по всей его высоте и пар в нем течет сверху вниз, то теплоотдачу можно рассчитать, используя формулы (12-32) и (12-34). Расчет усложняется тем, что коэффициент теплоотдачи для каждого горизонтального ряда труб зависит от местных значении температурного напора, давления

в первом ряду труб: ш -


Рнс. 12-12. Течение конденсата Б пучке горизонтальных труб.



и скорости пара, законы изменения которых по рядам заранее неизвестны. Теплоотдачу при этом следует рассчитывать последовательно для каждого ряда труб в отдельности, начиная от первого со стороны входа пара.

Намеченный путь расчета теплоотдачи пучка очень трудоемок. Расчет можно существенно облегчить, если ввести некоторые упрощающие предположения, позволяющие получить приближенную формулу для среднего коэффициента теплоотдачи с паровой стороны.

Полагая, что температурный напор и давление пара не изменяются по высоте трубного пучка, в [Л. 7] получили следующую приближенную формулу для определения среднего для всего пучка коэффициента теплоотдачи Сп.

Од, Од,

В формуле (12-35) ai/an-относительный коэффициент теплоог-дачи первого ряда, вычисляемый по уравнению (12-32); п--число рядов труб по высоте коридорного пучка или половина числа рядов труб по высоте шахматного пучка; е=(Свх-Gbi,,i)/Gbx - степень конденсации пара; здесь Gbx и Gbhx - массовые расходы пара на входе и на выходе нз пучка.

12-5. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КАПЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА

Капельная конденсация имеет место, если конденсат не смачиваег поверхность теплообмена. В этом случае поверхность покрыта отдельными каплями.

Скоростная киносъемка с увеличением через микроскоп показывает, что малые капли растут очень быстро, затем скорость роста становится незначительной. По мере роста капли непрерывно сливаются, освобождая какую-то часть поверхности стенки. За счет многократного слияния и непрерывно идущего процесса конденсации капли увеличиваются до отрьшного размера, при котором они скатываются под действием силы тяжести (или срываются движущимся паром, если скорость последнего велика).

Как следует из изложенного, капельная конденсация, строго говоря, является нестационарным процессом. Однако, €сли осредненные во времени характеристики процесса не изменяются, то такой процесс можно рассматривать как стационарный.

При пер1ВИЧпом соприкосновении пара с оголенной поверхностью стенки образуется адсорбционный слой; быстро идущий процесс конденсации приводит к образованию полимолекулярной жидкой пленки.

Пока пленка очень тонка, она находится в силовом молекулярном поле смежных фаз (твердой стеики и пара), в результате чего приобретает особые свойства, отличные от свойств этой же жидкости в большом объеме (вдали от границы раздела фаз). Такую пленку будем называть тонкой. Ее толщина составляет доли микрона.

В общем случае толщина пленки неодинакова по поверхности и соизмерима или меньше шысоты выступов естественной шероховатости твердого тела.

Тонкая пленка находится под избыточным давлением, которое называется расклинивающим (Л. 37]. Расклинивающее давление об-



ратно пропорционально примерно кубу толщины пленки:

П~6-=.

При несмачивании действие расклинивающего давления проявляется в том, что поверхности тонкой пленки притягиваются друг к другу, причем тем в большей степени, чем тоньше пленка. Такому расклинивающему давлению приписывают знак минус. Локальное утонение пленки (например, на выступе стенки, в результате местных дефектов структуры твердого тела, изменения лиофобности, меньшей местной скорости конденсации и т. п.) приводит к увеличению расклинивающего давления в этом месте по сравнению с соседними. В результате жидкость быстро вытесняется на смежные участки, где и образуются первичные капли, размеры которых больше эффективного радиуса действия межмолекулярных сил [Л. 161].

При положительном расклинивающем давлении («отталкивании поверхностей» тонкой пленки) имеет место пленочная конденсация (образуется толстая пленка); говорят, что поверхность тела смачивается данной жидкостью.

Поскольку при интенсивной капельной конденсации акты образования первичных капель непрерывно происходят на оголившейся поверхности стенки, можно полагать, что в среднем на стенке существует тонкая и толстая (капли) пленка. Одновременное существование тонкой пленки и видимых капель следует представлять только в динамике.

Таким образом, роль эффектов капиллярности второго рода (тонких пленок) важна для процессов образования зародышевых (первичных) капель. В крупных каплях эффекты капиллярности второго рода могут проявляться только у кория капли (на тройной границе пар - жидкость - стеика).

Известно, что равновесное давление насыщенного пара над выпуклой поверхностью раздела фаз больше, чем над плоской. Конденсация пара на сферической капле с радиусом R, взвешенной в паре, может происходить только при условии, что R>Rk, где Ri, - критический (минимально возможный) радиус кривизны поверхности раздела фаз. В случае тонкой сферической пленки необхо,димо учитывать и влияние ее толщины.

Разность давлений в тонком сферическом слое конденсата и в паре при учете капиллярных эффектов первого и второго рода может быть описана уравнением

Др=Р»-Рп=-П; (-12-36)

здесь а - коэффициент поверхностного натяжения на границе жидкость- пар; R - радиус слоя.

Соответственно критическое переохлаждение пара ДГк в случае сферических пленок описывается уравнением

ДГ„ = - (12-37)

Первый член правой части уравнения учитывает капиллярные эффекты первого рода (поверхностное натяжение), второй - расклинивающее давление. Если существующее переохлажденне пара ДГ боль-



0 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 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 [94] 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0171