Инженерный расчёт теплообменных и массообменных процессов в технологии промышленной теплоэнергетики

80,184

33030

5641

10

1,694*1016

48,11

29070

4965

12

1,694*1016

40,092

27780

4744

tпр =12

4

1,694*1016

121,057

36620

6253

6

1,694*1016

80,705

33090

5650

10

1,694*1016

48,423

29120

4973

12

1,694*1016

40,352

27820

4751

tпр =20

4

1,694*1016

122,106

36690

6267

6

1,694*1016

81,404

33160

5663

10

1,694*1016

48,842

29180

4984

12

1,694*1016

40,702

27880

4762

горизонтальная d=0.018м tпр =6

4

1,544*109

120,276

490,339

18610

6

1,544*109

80,184

443,071

16810

10

1,544*109

48,11

389,952

14800

12

1,544*109

40,092

372,577

14140

tпр =12

4

1,544*109

121,057

491,133

18640

6

1,544*109

80,705

443,789

16840

10

1,544*109

48,423

390,584

14820

12

1,544*109

40,352

373,181

14160

tпр =20

4

1,544*109

122,106

492,193

18680

6

1,544*109

81,404

444,747

16880

10

1,544*109

48,842

391,427

14860

12

1,544*109

40,702

373,986

14190

горизонтальная d=0.022м tпр =6

4

2,819*109

120,276

569,979

17700

6

2,819*109

80,184

515,034

15990

10

2,819*109

48,11

453,288

14070

12

2,819*109

40,092

433,091

13450

tпр =12

4

2,819*109

121,057

570,903

17730

6

2,819*109

80,705

515,869

16020

10

2,819*109

48,423

454,022

14100

12

2,819*109

40,352

433,792

13470

tпр =20

4

2,819*109

122,106

572,135

17770

6

2,819*109

81,404

516,982

16050

10

2,819*109

48,842

455,002

14130

12

2,819*109

40,702

434,728

13500

вертикальная l=2м p=6 tпр =6

4

4,508*1015

73,869

22010

6401

6

4,508*1015

49,246

19890

5784

10

4,508*1015

29,548

17500

5090

12

4,508*1015

24,623

16720

4863

tпр =12

4

4,508*1015

75,026

22100

6426

6

4,508*1015

50,017

19970

5806

10

4,508*1015

30,010

17570

5110

12

4,508*1015

25,009

16790

4882

tпр =20

4

4,508*1015

76,632

22210

6460

6

4,508*1015

51,088

20070

5837

10

4,508*1015

30,653

17670

5137

12

4,508*1015

25,544

16880

4908

вертикальная l=4м tпр =6

4

3,607*1016

73,869

37020

5382

6

3,607*1016

49,246

33450

4863

10

3,607*1016

29,548

29440

4280

12

3,607*1016

24,623

28130

4090

tпр =12

4

3,607*1016

75,026

37160

5403

6

3,607*1016

50,017

33580

4882

10

3,607*1016

30,010

29550

4297

12

3,607*1016

25,009

28240

4106

tпр =20

4

3,607*1016

76,632

37360

5432

6

3,607*1016

51,088

33760

4908

10

3,607*1016

30,653

29710

4320

12

3,607*1016

25,544

28390

4127

горизонтальная d=0.018м tпр =6

4

3,287*109

73,869

496,507

16040

6

3,287*109

49,246

448,644

14500

10

3,287*109

29,548

394,857

12760

12

3,287*109

24,623

377,263

12190

tпр =12

4

3,287*109

75,026

498,439

16110

6

3,287*109

50,017

450,391

14550

10

3,287*109

30,010

396,394

12810

12

3,287*109

25,009

378,732

12240

tпр =20

4

3,287*109

76,632

501,086

16190

6

3,287*109

51,088

452,782

14630

10

3,287*109

30,653

398,499

12880

12

3,287*109

25,544

380,743

12300

горизонтальная d=0.022м tпр =6

4

6,001*109

73,869

577,149

15260

6

6,001*109

49,246

521,513

13790

10

6,001*109

29,548

458,989

12130

12

6,001*109

24,623

438,538

11590

tпр =12

4

6,001*109

75,026

579,395

15320

6

6,001*109

50,017

523,543

13840

10

6,001*109

30,010

460,776

12180

12

6,001*109

25,009

440,245

11640

tпр =20

4

6,001*109

76,632

582,472

15400

6

6,001*109

51,088

526,323

13910

10

6,001*109

30,653

463,223

12250

12

6,001*109

25,544

442,583

11700

Изменение физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода учитывается коэффициентом:

(4.8)

где величины лс и мс выбираются из таблиц при температуре стенки tc, а лs и мs - при температуре насыщения ts.

Таблица 4.6 - Значение коэффициентов теплопроводности и динамической вязкости при tc

tc, 0C	л*102, Вт/м*К	м*106, Па*с	tc, 0C	л*102, Вт/м*К	м*106, Па*с
p=0,006 МПа		p=0,06 МПа
32,16	62,1672	769,539	81,926	67,5156	346,975
30,16	61,8272	799,068	79,926	67,3956	355,073
26,16	61,0704	879,282	75,926	67,1556	375,458
24,16	60,6904	919,809	73,926	67,0356	385,689
tc, 0C	л*102, Вт/м*К	м*106, Па*с	tc, 0C	л*102, Вт/м*К	м*106, Па*с
p=0,6 МПа		p=6МПа
154,83	68,3517	179,931	271,59	58,7615	101,478
152,83	68,3717	182,504	269,59	59,0615	102,229
148,83	68,4117	187,879	265,59	59,6615	103,72
146,83	68,4317	190,835	263,59	59,9615	104,459

Таблица 4.7 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	е	б, Вт/м2*К горизонтальной трубы d=0,018 м	б, Вт/м2*К горизонтальной трубы d=0,022 м	б, Вт/м2*К вертикальной трубы d=0,018 м	б, Вт/м2*К вертикальной трубы d=0,018 м
p=0,006 МПа
4	0,986	13182,82	12532,06	5333,0	4485,0
6	0,978	11814,24	11237,22	4819,0	4052,0
10	0,963	10236,69	9735,93	4241,0	3567,0
12	0,956	9712,96	9234,96	4052,0	3408,0
p=0,06 МПа
4	0,993	16553,31	15739,05	6651,0	5593,0
6	0,989	14894,34	14172,37	6010,0	5054,0
10	0,981	13008,06	12370,41	5289,0	4448,0
12	0,977	12378,59	11772,85	5054,0	4249,0
p=0,6 МПа
4	0,997	18524,26	17616,99	7412,0	6233,0
6	0,995	16706,05	15890,15	6698,0	5632,0
10	0,992	14651,84	13937,6	5895,0	4957,0
12	0,99	13978,8	13295,7	5632,0	4736,0
p=6,0МПа
4	1,002	16011,96	15230,4	6376,0	5361,0
6	1,003	14483,32	13771,19	5761,0	4844,0
10	1,005	12773,55	12150,45	5070,0	4264,0
12	1,006	12212,84	11619,3	4844,0	4074,0

На вертикальных поверхностях под действием сил поверхностного натяжения сконденсированной среды развивается волновое течение плёнки конденсата. Его влияние учитывается коэффициентом:

(4.9)

Критерий Рейнольдса вычисляется по формуле:

(4.10)

При конденсации пара на горизонтальной трубе волновое течение не успевает развиться, и поэтому этот фактор не учитывается.

Таблица 4.8 - Влияние волнового характера движения плёнки на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	Ga	Re	е	б, Вт/м2*К
h=2 м p=0,006 МПа
4	1,535*1014	24,85	1,137	5333
6	1,535*1014	33,681	1,151	4819
10	1,535*1014	49,406	1,169	4241
12	1,535*1014	56,645	1,175	4052
h=4 м
4	1,228*1015	41,792	1,161	4485
6	1,228*1015	56,645	1,175	4052
10	1,228*1015	83,09	1,193	3567
12	1,228*1015	95,265	1,20	3408
h=2 м p=0,06 МПа
4	6,714*1014	70,12	1,19	6651
6	6,714*1014	95,041	1,20	6010
10	6,714*1014	139,412	1,22	5289
12	6,714*1014	159,84	1,23	5054
h=4 м
4	5,371*1015	117,928	1,21	5593
6	5,371*1015	159,84	1,225	5054
10	5,371*1015	234,462	1,244	4448
12	5,371*1015	268,818	1,25	4249
h=2 м p=0,6 МПа
4	2,12*1015	162,991	1,23	7412
6	2,12*1015	220,919	1,24	6698
10	2,12*1015	324,055	1,26	5895
12	2,12*1015	371,54	1,27	5632
h=4 м
4	1,696*1016	274,117	1,25	6233
6	1,696*1016	371,54	1,267	5632
10	1,696*1016	544,994	1,287	4957
12	1,696*1016	624,853	1,29	4736
h=2 м p=6 МПа
4	4,512*1015	328,385	1,26	6376
6	4,512*1015	445,094	1,28	5761
10	4,512*1015	652,888	1,30	5070
12	4,512*1015	748,557	1,30	4844
h=4 м
4	3,61*1016	552,276	1,29	5361
6	3,61*1016	748,557	1,303	4844
10	3,61*1016	1100	1,323	4264
12	3,61*1016	1260	1,33	4074

Конденсатная плёнка, образуясь, стекает вниз под действием силы тяжести. Попутное движение пара интенсифицирует теплообмен, ускоряя движение плёнки. Движение пара во встречном направлении к направлению движения плёнки наоборот затрудняет теплообмен, утолщая плёнку. Это влияние учитывается коэффициентом

 (4.11)

где ; (4.12)

; (4.13)

; (4.14)

w- скорость в среднем сечении пучка, м/с

d- наружный диаметр трубы, м

Таблица 4.9 - Влияние попутного движения пара на коэффициент теплообмена

Дt, 0C	R	Fr	Ka	x	е	б, Вт/м2*К h=2 м	б, Вт/м2*К h=4 м
р=0,006	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
4	180,804	362,442	8,5*108	253,195	6,042	32221,99	27098,37
6	180,804	362,442	5,667*108	221,186	5,842	28152,6	23671,784
10	180,804	362,442	3,4*108	186,555	5,599	23745,36	19971,633
12	180,804	362,442	2,833*108	175,555	5,514	22342,73	18791,712
d=0,022м
4	180,804	296,543	8,5*108	253,195	5,747	30648,75	25775,295
6	180,804	296,543	5,667*108	221,186	5,556	26774,36	22512,912
10	180,804	296,543	3,4*108	186,555	5,325	22583,33	18994,275
12	180,804	296,543	2,833*108	175,555	5,245	21252,74	17874,96
w=16 м/с	d=0,018м
4	180,804	1450	8,5*108	253,195	8,544	45565,15	38319,84
6	180,804	1450	5,667*108	221,186	8,26	39804,94	33469,52
10	180,804	1450	3,4*108	186,555	7,916	33571,76	28236,372
12	180,804	1450	2,833*108	175,555	7,797	31593,44	26572,176
d=0,022м
4	180,804	1190	8,5*108	253,195	8,126	43335,96	36445,11
6	180,804	1190	5,667*108	221,186	7,856	37858,06	31832,512
10	180,804	1190	3,4*108	186,555	7,529	31930,49	26855,943
12	180,804	1190	2,833*108	175,555	7,415	30045,58	25270,32
р=0,06	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
4	123,55	362,442	1,733*109	276,00	6,79	45160,29	37976,47
6	123,55	362,442	1,155*109	241,11	6,57	39455,65	33179,51
10	123,55	362,442	6,932*108	203,36	6,29	33273,1	27982,368
12	123,55	362,442	5,777*108	191,37	6,20	31319,64	26331,053
d=0,022м
4	123,55	296,543	1,733*109	276,00	6,46	42952,16	36119,594
6	123,55	296,543	1,155*109	241,11	6,24	37526,44	31557,176
10	123,55	296,543	6,932*108	203,36	5,98	31649,38	26616,832
12	123,55	296,543	5,777*108	191,37	5,89	29788,28	25043,606
w=16 м/с	d=0,018м
4	123,55	1450	1,733*109	276,00	9,60	63862,9	53703,986
6	123,55	1450	1,155*109	241,11	9,28	55790,83	46916,282
10	123,55	1450	6,932*108	203,36	8,90	47050,94	39569,408
12	123,55	1450	5,777*108	191,37	8,76	44283,15	37229,738
d=0,022м
4	123,55	1190	1,733*109	276,00	9,13	60736,93	51075,276
6	123,55	1190	1,155*109	241,11	8,83	53062,29	44621,766
10	123,55	1190	6,932*108	203,36	8,46	44750,23	37634,528
12	123,55	1190	5,777*108	191,37	8,33	42114,98	35406,917
р=0,6	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
4	89,88	362,442	2,984*109	299,34	7,50	55612,24	46766,199
6	89,88	362,442	1,989*109	261,50	7,25	48587,29	40854,528
10	89,88	362,442	1,194*109	220,55	6,95	40982,04	34461,064
12	89,88	362,442	9,947*108	207,55	6,85	38562,3	32427,392
d=0,022м
4	89,88	296,543	2,984*109	299,34	7,14	52892,03	44478,688
6	89,88	296,543	1,989*109	261,50	6,90	46209,5	38855,168
10	89,88	296,543	1,194*109	220,55	6,61	38977,74	32775,684
12	89,88	296,543	9,947*108	207,55	6,51	36675,58	30840,832
w=16 м/с	d=0,018м
4	89,88	1450	2,984*109	299,34	10,61	78641,32	66132,13
6	89,88	1450	1,989*109	261,50	10,26	68708,08	57773,056
10	89,88	1450	1,194*109	220,55	9,83	57947,85	48727,31
12	89,88	1450	9,947*108	207,55	9,68	54529,02	45853,952
d=0,022м
4	89,88	1190	2,984*109	299,34	10,09	74794,49	62897,203
6	89,88	1190	1,989*109	261,50	9,76	65345,69	54945,792
10	89,88	1190	1,194*109	220,55	9,35	55112,36	46342,993
12	89,88	1190	9,947*108	207,55	9,21	51859,46	43609,088
р=6	МПа	w=8 м/с	d=0,018м
4	64,19	362,442	3,923*109	341,15	8,43	53768,81	45209,313
6	64,19	362,442	2,615*109	298,03	8,15	46969,43	39493,132
10	64,19	362,442	1,569*109	251,36	7,81	39611,91	33314,632
12	64,19	362,442	1,308*109	236,54	7,70	37274,58	31349,43
d=0,022м
4	64,19	296,543	3,923*109	341,15	8,02	51135,52	42995,22
6	64,19	296,543	2,615*109	298,03	7,75	44670,79	37560,376
10	64,19	296,543	1,569*109	251,36	7,43	37675,17	31685,784
12	64,19	296,543	1,308*109	236,54	7,32	35453,24	29817,606
w=16 м/с	d=0,018м
4	64,19	1450	3,923*109	341,15	11,93	76033,80	63929,925
6	64,19	1450	2,615*109	298,03	11,53	66418,57	55846,476
10	64,19	1450	1,569*109	251,36	11,05	56018,43	47112,936
12	64,19	1450	1,308*109	236,54	10,88	52712,41	44333,268
d=0,022м
4	64,19	1190	3,923*109	341,15	11,34	72316,59	60804,462
6	64,19	1190	2,615*109	298,03	10,97	63169,37	53114,46
10	64,19	1190	1,569*109	251,36	10,51	53275,56	44806,112
12	64,19	1190	1,308*109	236,54	10,35	50135,40	42165,9

Вследствие притока к охлаждаемой стенке вместе с конденсирующимся паром неконденсирующегося воздуха у стенки образуются повышенная концентрация газа и пониженное парциальное давление пара при неизменном давлении смеси пара и воздуха (закон Дальтона). У стенки осуществляется конвективно-диффузионный перенос пара, возникает так называемый стефановский поток, что снижает интенсивность теплообмена. Этот фактор учитывается коэффициентом

 (4.15)

где tж - температура насыщения при парциальном давлении пара в смеси с воздухом;

tсм - температура парогазовой смеси, принимаемой равной температуре насыщения при заданном давлении смеси.

Температуру tж определяют из условия: pп = pсм - pв, где давление смеси принимается равным заданному, а парциальное давление воздуха

(4.16)

Таблица 4.10 - Влияние наличия в паре воздуха на коэффициент теплообмена

pв, МПа	pп, МПа	tж, 0C	tc, 0C	е	б, Вт/м2*К h=2 м	б, Вт/м2*К h=4 м	б, Вт/м2*К d=0,018 м	б, Вт/м2*К d=0,022 м
р=0,006	МПа	r=6
0,00012	0,00588	35,792	32,16	0,908	4842,36	4072,38	12139,96	11540,68
0,00012	0,00588	35,792	30,16	0,939	4525,04	3804,828	11343,12	10789,11
0,00012	0,00588	35,792	26,16	0,963	4084,08	3435,021	10236,69	9735,93
0,00012	0,00588	35,792	24,16	0,969	3926,38	3302,352	9845,04	9360,54
r=12
0,00036	0,00564	35,037	32,16	0,719	3834,42	3224,715	9613,03	9138,49
0,00036	0,00564	35,037	30,16	0,813	3917,84	3294,276	9821,04	9341,37
0,00036	0,00564	35,037	26,16	0,888	3766,00	3167,496	9439,44	8977,68
0,00036	0,00564	35,037	24,16	0,906	3671,11	3087,648	9204,96	8751,96
r=20
0,0006	0,0054	34,252	32,16	0,523	2789,15	2345,655	6992,51	6647,33
0,0006	0,0054	34,252	30,16	0,682	3286,55	2763,464	8238,56	7836,18
0,0006	0,0054	34,252	26,16	0,809	3430,96	2885,703	8599,67	8178,99
0,0006	0,0054	34,252	24,16	0,841	3407,73	2866,128	8544,56	8124,06
р=0,06	МПа	r=6
0,0012	0,0588	85,408	81,926	0,87	5786,37	4865,91	14502,9	13789,5
0,0012	0,0588	85,408	79,926	0,914	5493,14	4619,356	13764,84	13097,62
0,0012	0,0588	85,408	75,926	0,948	5013,97	4216,704	12570,48	11954,28
0,0012	0,0588	85,408	73,926	0,957	4836,67	4066,293	12125,19	11531,85
r=12
0,0036	0,0564	84,346	81,926	0,605	4023,85	3383,765	10085,35	9589,25
0,0036	0,0564	84,346	79,926	0,737	4429,37	3724,798	11099,22	10561,21
0,0036	0,0564	84,346	75,926	0,842	4453,33	3745,216	11164,92	10617,62
0,0036	0,0564	84,346	73,926	0,868	4386,87	3688,132	10997,56	10459,4
r=20
0,006	0,054	83,246	81,926	0,33	2194,83	1845,69	5501,1	5230,5
0,006	0,054	83,246	79,926	0,553	3323,53	2794,862	8328,18	7924,49
0,006	0,054	83,246	75,926	0,732	3871,54	3255,936	9706,32	9230,52
0,006	0,054	83,246	73,926	0,777	3926,95	3301,473	9844,59	9362,85
р=0,6	МПа	r=6
0,012	0,588	158,04	154,83	0,802	5944,42	4998,866	14901,16	14171,34
0,012	0,588	158,04	152,83	0,868	5813,86	4888,576	14573,72	13861,96
0,012	0,588	158,04	148,83	0,921	5429,29	4565,397	13603,17	12940,05
0,012	0,588	158,04	146,83	0,934	5260,28	4423,424	13188,08	12543,62
r=12
0,036	0,564	156,43	154,83	0,4	2964,8	2493,2	7432	7068
0,036	0,564	156,43	152,83	0,6	4018,8	3379,2	10074	9582
0,036	0,564	156,43	148,83	0,76	4480,2	3767,32	11225,2	10678
0,036	0,564	156,43	146,83	0,8	4505,6	3788,8	11296	10744
r=20
0,06	0,54	154,76	154,83	-0,018	-	-	-	-
0,06	0,54	154,76	152,83	0,322	2156,756	1813,504	5406,38	5142,34
0,06	0,54	154,76	148,83	0,593	3495,73	2939,501	8758,61	8331,65
0,06	0,54	154,76	146,83	0,661	3722,75	3130,496	9333,32	8877,23
р=6	МПа	r=6
0,12	5,88	274,27	271,59	0,67	4271,92	3591,87	10706,6	10184
0,12	5,88	274,27	269,59	0,78	4493,58	3778,32	11263,2	10709,4
0,12	5,88	274,27	265,59	0,868	4400,76	3701,152	11032,28	10494,12
0,12	5,88	274,27	263,59	0,89	4311,16	3625,86	10804,6	10279,5
r=12
0,36	5,64	271,58	271,59	-0,0025	-	-	-	-
0,36	5,64	271,58	269,59	0,332	1912,652	1608,208	4794,08	4558,36
0,36	5,64	271,58	265,59	0,599	3036,93	2554,136	7613,29	7241,91
0,36	5,64	271,58	263,59	0,666	3226,104	2713,284	8085,24	7692,3
r=20
0,6	5,4	268,8	271,59	-0,697	-	-	-	-
0,6	5,4	268,8	269,59	-0,132	-	-	-	-
0,6	5,4	268,8	265,59	0,321	1627,47	1368,744	4079,91	3880,89
0,6	5,4	268,8	263,59	0,434	2102,29	1768,116	5268,76	5012,7

При определении необходимого числа конденсатоотводчиков исходят из равенства коэффициентов теплоотдачи для вертикального и горизонтального расположения труб, но при этом необходимо учесть некоторое повышение интенсивности теплообмена на вертикальной стенке за счёт развивающегося волнового течения плёнки конденсата. Тогда длина промежутка между кондесатоотводчиками на вертикальной стенке:

м (4.17)

Отсюда число конденсатоотводчиков определяется по формуле:

(4.18)

Таблица 4.11 - Число конденсатоотводчиков

d, м	h, м	n
0,018	0,1045	10
0,022	0,127706	8

Среднее значение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке определяется по формуле:

 (4.19)

где б1 - коэффициент теплообмена для первого ряда труб пучка, рассчитываемого с учётом влияния давления пара и изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода;

бi - коэффициент теплоотдачи последующих рядов труб в пучке, определяемых из выражения бi = еi * б1 c использованием коэффициентов еi, являющихся табличными значениями.

Таблица 4.12 - Значение среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке с шахматной и коридорной компоновкой труб в пучке

Дt, 0C	б, Вт/м2*К d=0,018 м шахматный порядок	б, Вт/м2*К d=0,022 м шахматный порядок	б, Вт/м2*К d=0,018 м коридорный порядок	б, Вт/м2*К d=0,022 м коридорный порядок
	p=0,006 МПа
4	11120	10570	9689	9211
6	9968	9481	8683	8259
10	8637	8215	7524	7156
12	8195	7792	7139	6788
	p=0,06 МПа
4	13970	13280	12170	11570
6	12570	11960	10950	10420
10	10980	10440	9561	9092
12	10440	9933	9098	8653
	p=0,6 МПа
4	15630	14860	13620	12950
6	14100	13410	12280	11680
10	12360	11760	10770	10240
12	11790	11220	10270	9772
	p=6 МПа
4	13510	12850	11770	11190
6	12220	11620	10650	10120
10	10780	10250	9389	8931
12	10300	9804	8976	8540

Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб определяется по формуле:

(4.20)

где

(4.21)

n0 - общее число труб в пучке.

Таблица 4.13 - Значение общей площади теплообменной поверхности

d=0,018 м l=2 м	d=0,018 м l=4 м	d=0,022 м l=2 м	d=0,022 м l=4 м
F=9,953 м2	F=19,905 м2	F=12,164 м2	F=24,328 м2

Таблица 4.14 - Значение мощности теплового потока при конденсации пара на пучке труб шахматной и коридорной компоновок труб

Дt, 0C	Q, Вт Шахматная компоновка	Q, Вт Шахматная компоновка
	d=0,018 м l=2 м	d=0,018 м l=4м	d=0,022 м l=2 м	d=0,022 м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	442709,44	885374,4	514293,92	1028587,84
6	595269,02	1190478,24	691961,3	1383922,608
10	859640,61	1719194,85	999272,6	1998545,2
12	978778,02	1957457,7	1137382,7	2274765,312
	p=0,06	МПа
4	556173,64	1112291,4	646151,68	1292303,36
6	750655,26	1501235,1	872888,64	1745777,28
10	1092839,4	2185569	1269921,6	2539843,2
12	1246911,8	2493698,4	1449900,1	2899800,288
	p=0,6	МПа
4	622261,56	1244460,6	723028,16	1446056,32
6	842023,8	1683963	978715,44	1957430,88
10	1230190,8	2460258	1430486,4	2860972,8
12	1408150,4	2816159,4	1637761	3275521,92
	p=6	МПа
4	537860,12	1075666,2	625229,6	1250459,2
6	729753,96	1459434,6	848074,08	1696148,16
10	1072933,4	2145759	1246810	2493620
12	1230190,8	2460258	1431070,3	2862140,544
Дt, 0C	Q, Вт Коридорная компоновка	Q, Вт Коридорная компоновка
	d=0,018 м l=2 м	d=0,018м l=4 м	d=0,022 м l=2 м	d=0,022 м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	385738,468	771438,2	448170,42	896340,83
6	518531,394	1037011	602774,86	1205549,7
10	748863,72	1497652	870455,84	1740911,7
12	852653,604	1705222	990830,78	1981661,6
	p=0,06	МПа
4	484512,04	968975,4	562949,92	1125899,8
6	653912,1	1307759	760493,28	1520986,6
10	951606,33	1903117	1105950,9	2211901,8
12	1086628,728	2173148	1263061,1	2526122,2
	p=0,6	МПа
4	542239,44	1084424	630095,2	1260190,4
6	733337,04	1466600	852453,12	1704906,2
10	1071938,1	2143769	1245593,6	2491187,2
12	1226607,72	2453092	1426399,3	2852798,6
	p=6	МПа
4	468587,24	937127,4	544460,64	1088921,3
6	635996,7	1271930	738598,08	1477196,2
10	934487,17	1868880	1086366,8	2172733,7
12	1072057,536	2144007	1246566,7	2493133,4

Количество сконденсированного пара на трубном пучке определяется по формуле:

(4.22)

Таблица 4.15 - Количество сконденсированного пара на трубном пучке

Дt, 0C	M, кг Шахматная компоновка	M, кг Шахматная компоновка
	d=0,018м l=2 м	d=0,018м l=4м	d=0,022м l=2 м	d=0,022м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	0,183	0,367	0,213	0,426
6	0,246	0,493	0,286	0,573
10	0,356	0,712	0,414	0,827
12	0,405	0,810	0,471	0,942
	p=0,06	МПа
4	0,242	0,485	0,282	0,563
6	0,327	0,654	0,381	0,761
10	0,476	0,953	0,554	1,107
12	0,544	1,087	0,632	1,264
	p=0,6	МПа
4	0,298	0,597	0,347	0,693
6	0,404	0,807	0,469	0,938
10	0,590	1,179	0,686	1,371
12	0,675	1,350	0,785	1,570
	p=6,0	МПа
4	0,343	0,686	0,398	0,797
6	0,465	0,930	0,540	1,081
10	0,684	1,367	0,795	1,589
12	0,784	1,568	0,912	1,824
Дt, 0C	M, кг Коридорная компоновка	M, кг Коридорная компоновка
	d=0,018м l=2 м	d=0,018м l=4 м	d=0,022м l=2 м	d=0,022м l=4 м
	p=0,006	МПа
4	0,160	0,319	0,186	0,371
6	0,215	0,429	0,250	0,499
10	0,310	0,620	0,360	0,721
12	0,353	0,706	0,410	0,820
	p=0,06	МПа
4	0,211	0,422	0,245	0,491
6	0,285	0,570	0,332	0,663
10	0,415	0,830	0,482	0,964
12	0,474	0,947	0,551	1,101
	p=0,6	МПа
4	0,260	0,520	0,302	0,604
6	0,352	0,703	0,409	0,817
10	0,514	1,028	0,597	1,194
12	0,588	1,176	0,684	1,368
	p=6,0	МПа
4	0,299	0,597	0,347	0,694
6	0,405	0,811	0,471	0,941
10	0,596	1,191	0,692	1,385
12	0,683	1,366	0,794	1,589

4.2 Выводы

Конденсация пара - это процесс перехода пара в жидкое состояние или твёрдое. Конденсация пара встречается очень часто как в обыденной жизни (дождь, снег), так и в технических процессах (в конденсаторах паровых турбин). Конденсация может осуществляться как в объёме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае конденсация может происходить как самопроизвольно, при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения, так и искусственно, путём введения охлажденных частиц. Во втором же случае конденсат образуется на поверхности теплообмена в виде плёнки, но в ряде случаев в виде отдельных капель. Поэтому различают плёночную и капельную конденсации пара. В этой работе будет рассмотрена плёночная конденсация пара.

Процесс парообразования идёт при увеличении температуры жидкости, обратный ему - конденсации, с охлаждением пара. Поэтому степень охлаждения пара относительно температуры насыщения имеет очень важную, если не решающую роль в этом процессе. Также конденсация пара характеризуется смачиванием поверхности. Так плёночная конденсация происходит на смачиваемой поверхности, а капельная - на несмачиваемой. Вообще же, эффект смачивания и сам процесс конденсации связан с действием сил поверхностного натяжения, действующих на молекулу конденсата. Действие этих сил различно на границе раздела паровой и жидкой фаз, в толще плёнки и на границе раздела жидкой фазы и твёрдой поверхности стенки. Рассмотрим случай, когда на стенке трубы образовалась капля, которая граничит ещё и с паровой фазой. Здесь действуют 3 силы поверхностного натяжения: между стенкой и жидкостью, стенкой и газом, жидкостью и газом. Если сила поверхностного натяжения между стенкой и газом оказывается больше, чем между жидкостью и стенкой, то угол смачивания меньше 90 градусов и происходит плёночная, конденсация пара. В обратном случае происходит процесс капельной конденсации. Однако на практике чаще встречаются промежуточные случаи частичного смачивания или частичного несмачивания поверхности.

При конденсации пара выделяется большое количество тепла, и прежде всего это тепло фазового перехода, однако передаче тепла пара к стенке препятствует слой конденсата или плёнка и граничный с жидкостью слой пара, толщина которого принимается равной длине свободного пробега молекул пара. Поэтому температура от пара к стенке трубы сначала скачком падает, а затем постепенно снижается в слое жидкости.

На интенсивность теплообмена данного процесса влияют многие факторы. При увеличении давления пара расстояние между молекулами уменьшается, это приводит к увеличению числа соударений их и как следствие к росту температуры пара. Чем больше давление, тем выше температура пара и температура его насыщения. Для конденсации пара на стенке трубы необходим температурный напор или разность температур между стенкой и температурой насыщения пара. Поэтому, чем выше давление и как следствие температура пара, тем меньше будет число молекул пара переходить в жидкое состояние, тоньше плёнка конденсата и ниже термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит интенсивность теплообмена возрастает. Это подтверждают полученные зависимости.



Рисунок 4.1 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м

Рисунок 4.2 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м

Рисунок 4.3 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм



Рисунок 4.4 - Влияние давления пара на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм

При увеличении давления до некоторого значения (приблизительно 0,5 МПа) происходит уплотнение пара, а значит большее количество молекул пара захватываются плёнкой, плёнка утолщается, растёт термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, поэтому снижается интенсивность теплообмена. Положение трубы в пространстве не меняет характер изменения интенсивности теплообмена от давления. Однако для вертикальной трубы большей длины коэффициент теплоотдачи ниже, потому что больше боковая поверхность трубы (в данном случае в 2 раза по сравнению с первой трубой), значит больше молекул пара будут захвачены плёнкой конденсата.

Увеличение температурного напора ведёт к интенсификации конденсации из-за переохлаждения пара относительно температуры насыщения, утолщению плёнки, и как следствие - к уменьшению интенсивности теплообмена. Причём коэффициент теплоотдачи сильно снижается при увеличении температурного напора до определённого значения ( 12 градусов), дальнейшее снижение температуры стенки будет не так значительно влиять на коэффициент теплоотдачи.



Рисунок 4.5 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.6 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.7 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.8 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.9 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.10 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,06 МПа



Рисунок 4.11 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.12 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.13 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 0,6 МПа.



Рисунок 4.14 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.15 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.16 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.17 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 2 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.18 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена вертикальной трубы длиной 4 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.19 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа



Рисунок 4.20 - Влияние степени сухости на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 6,0 МПа

Чем меньше влаги в паре, тем меньше молекул конденсируется на стенке, тем тоньше плёнка конденсата и меньше термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит и больше интенсивность теплообмена. Поэтому рост степени сухости ведёт к увеличению коэффициента теплоотдачи. Увеличение диаметра горизонтальной трубы ведёт к увеличению её боковой поверхности, а значит большее число молекул пара может сконденсироваться на стенке трубы, следовательно снижается коэффициент теплоотдачи. Перегрев пара приводит к тому, что разность температур насыщения пара и стенки увеличивается , и меньшее число молекул сконденсирует на стенке. Увеличивая степень перегрева пара, улучшается теплообмен между стенкой и паром.

Рисунок 4.21 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.22 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.23 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.24 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена горизонтальных труб при давлении пара 6,0 Мпа



Рисунок 4.25 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.26 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.27 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.28 - Влияние изменения физических характеристик среды от температуры в процессе фазового перехода на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 6,0 МПа

Полученные зависимости ещё раз доказывают, что увеличение температурного напора между стенкой и паром ведёт к интенсификации конденсации пара, и как следствие снижению интенсивности теплообмена между паром и стенкой. Однако это влияние при давлениях, больших 6 бар, оказывается незначительным, так как температура насыщения пара достигает температур свыше 200 градусов Цельсия и температурный напор даже в 12 градусов не оказывает большого влияния на интенсивность теплообмена.

Рисунок 4.29 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.30 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.31 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.32 - Влияние волнового характера движения плёнки на интенсивность теплообмена вертикальных труб при давлении пара 6,0 МПа

Плёнка образующегося на стенке трубы конденсата совершает волновое движение, которое происходит из-за воздействия на поверхность плёнки различных случайных возмущений. Частицы жидкости поверхностного слоя получают смещение, а силы поверхностного натяжения восстанавливают равновесие, так и происходит волновое движение плёнки. Оно может совершаться при увеличении скорости пара или давления. Волновое движение плёнки приводит к тому, что в одном месте плёнка будет иметь толщину меньше своего среднего значения, а в другом месте - большую, среднее же значение толщины по всей длине будет меньше чем толщина при отсутствии волны. А значит термическое сопротивление плёнки становится меньше. Это приводит к увеличению интенсивности теплообмена. Из графиков видно, что увеличение давления ведёт к росту волнового движения. Это можно объяснить ростом хаотического движения паровых молекул, которые могут не только попадать в плёнку, но и отражаться от неё, вызывая тем самым возмущения.

Рисунок 4.33 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.34 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.35 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,06 Мпа



Рисунок 4.36 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.37 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.38 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 0,6 МПа.

Рисунок 4.39 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 2 м при давлении пара 6,0 Мпа



Рисунок 4.40 - Влияние попутного движения пара на интенсивность теплообмена вертикальных труб высотой 4 м при давлении пара 6,0 МПа.

Попутное движение пара относительно плёнки конденсата приводит к сносу плёнки, а при высоких скоростях пара и срыву с поверхности трубы, что приводит к уменьшению толщины плёнки и значительному увеличению коэффициента теплоотдачи в 5-8 раз.

Рисунок 4.41 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,006 МПа.



Рисунок 4.42 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,06 МПа.

Рисунок 4.43 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.44 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 2 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.45 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.46 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.47 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.48 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена вертикальной трубы высотой 4 м при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.49 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.50 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.51 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.52 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.53 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа



Рисунок 4.54 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.55 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.56 - Влияние содержания в паре воздуха на интенсивность теплообмена горизонтальной трубы диаметром 22 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Наличие воздуха в паре значительно влияет на процесс теплообмена. Воздух при движении в паре образует воздушную плёнку на стенке, так поверхность трубы не смачивается, воздух обладает большим термическим сопротивлением, поэтому интенсивность теплообмена сильно снижается с увеличение содержания воздуха в паре. Так при 6 процентах содержания воздуха в паре теплообмен нарушается, коэффициент теплоотдачи стремится к нулю при увеличении давления.

Рисунок 4.57 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 18 мм в пучке на интенсивность теплообмена



Рисунок 4.58 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 18 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.59 - Влияние шахматного порядка расположения труб диаметра 22 мм в пучке на интенсивность теплообмена

Рисунок 4.60 - Влияние коридорного порядка расположения труб диаметра 22 мм в пучке на интенсивность теплообмена



Рисунок 4.61 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.62 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,06 Мпа

Рисунок 4.63 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 0,6 Мпа



Рисунок 4.64 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 18 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.65 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,006 Мпа

Рисунок 4.66 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,06 Мпа



Рисунок 4.67 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 0,6 Мпа

Рисунок 4.68 - Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб диаметра 22 мм при давлении пара 6,0 Мпа

Рисунок 4.69 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 2м



Рисунок 4.70 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 4 м

Рисунок 4.71 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 2 м.

Рисунок 4.72 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при шахматной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 4 м



Рисунок 4.73 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 2 м

Рисунок 4.74 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 18 мм и длины 4 м

Рисунок 4.75 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 2 м



Рисунок 4.76 - Количество сконденсировнного пара на трубном пучке при коридорной компоновке труб диаметра 22 мм и длины 4 м

По графикам можно сказать, что интенсивность теплообмена при шахматной компоновке труб больше, чем при коридорной, так как при движении потока пара между труб происходит значительная турбулизация потока и как следствие уменьшение толщины плёнки в результате её сноса и срыва. Однако пар при движении через шахматное расположение обтекает теплообменные поверхности труб лучше, чем при коридорном, поэтому большее количество пара конденсируется на поверхности труб. Увеличение длины труб в 2 раза приводит к увеличению количества сконденсированного пара в 2 раза, так как увеличивается поверхность конденсации.

Заключение

Тепломассообмен является в большей степени прикладной наукой, которая основывается на экспериментальных данных. Многие процессы нельзя описать формулой, поэтому приходится искать зависимости, вводить критерии, чтобы описать их. Такие процессы как конденсация пара, кипение жидкости являются обыденными, однако именно они чаще всего происходят в технических усройствах, машинах, котельных установках, но до сих пор окончательно не изучены. Знание и умение рассчитывать эти процессы позволяет обеспечивать целые города теплом и электрической энергией. Поэтому приобретение навыков практических расчетов и углубление знаний по этим процессам необходимы будущим специалистам в области теплоэнергетики.

Библиографический список

1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. И доп. М.: Энергия, 2008. 418 с.

2. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергоатомиздат, 2009. 80с.

3. Овсянников В.В., Кузнецов В.Н. Теоретические основы теплотехники ч.2 Тепломассообмен: Методические указания к проектированию по специальности 1007 - «Промышленная теплоэнергетика». Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2009. 37 с.

Размещено на Allbest.ru