430
конфигурации теплообменной поверхности на греющей стороне теплообменной трубки,
где происходит конденсация пара за счет теплоотдачи, основанная на снижении
термического сопротивления пристеночных слоев образовавшегося конденсата. Этот
метод основан на увеличении площади поверхности теплообмена трубок теплообменного
аппарата. Вместе с увеличением поверхности при этом решается еще одна проблема -
отрыв потока конденсата пара стекающего с теплообменной поверхности, что приводит
к увеличению контакта пара непосредственно с холодной поверхностью трубки и
способствует увеличению теплоотдачи. На основе анализа работ по изучению
теплообмена при конденсации водяного пара в виде ламинарно- текучей пленки жидкости
на наружной поверхности вертикальных трубок с различными типами оребрения и
сравнения с предлагаемым типом приведена формула для расчета коэффициента
теплоотдачи. В статье приведены уравнения, описывающие коэффициент теплопередачи,
полученные на основе теоретических расчетов и обработки экспериментальных данных.
Одним из важных и значимых показателей эффективности
теплообмена является
коэффициент теплопередачи
𝛼
пл
= 𝐶𝑞
𝑛
[Вт/(м
2
·
0
С] при конденсации водяного пара
который можно описать с помощью уравнений, полученных теоретическим расчетом или
на основе экспериментальных данных. Каждое из этих уравнений учитывает те или иные
параметры протекающего процесса. Так теоретическое уравнение (1) для коэффициента
теплопередачи при конденсации водяного пара, полученное Нуссельтом [1]
учитывает
количество конденсата и термическое сопротивление ламинарного потока пленочного
конденсата на поверхности стенки.
𝛼
п
= 0.9428 ∙ [
𝑔∙𝜌
к
∙𝑟∙𝜆
к
3
𝜈
к
∙(𝑡
п
−𝑡
ст
)∙ℎ
]
0.25
(1)
Исследования уравнения (1) показали, что оно справедливо для неподвижного
состояния пара. При движении пара в трубке поток воздействует на поверхность
теплообмена и вызывает волны на поверхности конденсата.
Этот эффект волны
увеличивает теплопередачу при конденсации пара примерно на 20% Milan Kubin [2]. Для
описания теплопередачи с учетом эффекта волны предложено следующее уравнение:
𝛼
п
= 1.137 ∙ [
𝑔∙𝜌
к
∙𝑟∙𝜆
к
3
𝜈
к
∙(𝑡
п
−𝑡
ст
)∙ℎ
]
0.25
(2)
Уравнение (2) теоретически определяющее коэффициент теплопередачи при
конденсации пара с учетом волнового эффекта широко применяется в инженерных
расчетах.
Также известны работы в которых авторы при описании коэффициента
теплопередачи учитывают такие параметры как давление и удельный тепловой поток. Так
уравнение (3) предложенное Хоблером [3], применимо для многих видов жидкостей с
давлением
0.07 < 𝑝
п
[𝑀𝑃𝑎] < 17
и удельным тепловым потоком
1.0 < 𝑞
п
[
кВт
м
2
] < 1000
.
𝛼
п
= 0.00252 ∙ (
𝜌
п
∙𝑟
𝜌
к
−𝜌
п
∙
𝜌
к
𝜎
к
)
0.33
∙
𝜆
к
0.8
∙𝑞
п
0.7
𝜇
к
0.5
∙С
к
0.167
∙𝑡
п
0.37
∙ 𝑝
п
10
𝑡п
(3)
Все представленные выше уравнения описывают коэффициент теплопередачи для
вертикальной трубы. Коэффициент С зависит от типа расположения поверхности и свойств
жидкости, и принимается во многих случаях равным С=1,537 [4].
Особое внимание исследователи уделяют типу оребрения гладких труб. Увеличение
коэффициента теплопередачи во многом
связано и с типом оребрения, проводимого для
увеличения поверхности теплообмена. Существует множество типов оребрения. Анализ
некоторых из них приводится ниже.
1. Трубки с объемными ребрами. При исследовании конденсации пара на трубках с
ребрами, Kumarи др.[5] сделали вывод, что почти все представленные модели
теплопередачи относятся к конденсации на трубках с цельными ребрами, и практически не
исследованы и не рассмотрены аналитические модели для конденсации пара на трубках с
ребристыми или спинными ребрами. Для обобщенного
описания коэффициента
431
теплопередачи при конденсации пара на паровой стороне для труб с цельным и ребристым
оребрением они предложили эмпирическую формулу, учитывая, что коэффициент
теплопередачи может являться функцией свойств жидкости, геометрии трубы и массового
расхода конденсата. Это выражение для коэффициента теплопередачи на
стороне пара
записывается следующим образом:
𝛼 = 0.024(𝑅𝑒
к
)
−0.333
[𝑊𝑒]
0.3
(𝑌)
1.4
(
𝜆
к
3
𝜌
к
2
𝑔
𝜇
к
3
)
0.333
(4)
где
𝑌
- является функцией геометрии трубы и определяется выражением
𝑌 =
4𝜋
𝑑𝑝
[
𝑑
0
2
−𝑑
2
2
+ 𝑑
0
𝛿 + 𝑑(𝑝 − 𝛿
𝑏
)]
(5)
где:
𝑑
- наружный диаметр гладкой трубы или ребра или внутренний диаметр ребристой
или штифтовой трубы, м;
𝑑
0
- ребро или диаметр кончика ребра или трубки со штифтом, м;
𝛿
𝑏
- толщина основания ребра или толщина продольного основания пальца;
𝑝
- шаг
плавников, м;
𝛿
- толщина кончика ребра или толщина продольного кончика иглы, м;
2. Продольное оребрение. Помимо поперечного оребрения поверхности гладких
труб применяется мелкое продольное оребрение. Для определения значение среднего
коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на наружной поверхности вертикальных
труб с мелким продольным оребрением, имеющим треугольный профиль со скругленными
вершинами или синусоидальную форму (рисунок, 1
𝑎
), предложена следующая формула [6,
7].
𝛼
ср
=
𝜌′
2
𝑔𝑟(𝐿𝑠𝑖𝑛2𝜑)
3
(1−𝑦)
4
96𝜇′𝐻Δ𝑡
0
+
2.7𝜆′
𝐿𝑠𝑖𝑛2𝜑
,
(6)
где
𝐿
– ширина боковой поверхности ребра, м;
𝑅
- радиус кривизны вершины ребра, м;
𝐻
-
высота трубы, м;
𝜑
– угол
наклона ребра;
𝑎
- ширина ребра.
Значение параметра
𝑦(0 < 𝑦 ≤ 1)
определяется из уравнения
𝑦
0.25
(
𝑦
3
13
−
𝑦
3
3
+ 0.6𝑦 − 1) = 𝐴
;
𝐴 =
2𝐻(𝜎 𝑅
⁄ )
0.25
𝜌′𝑔𝐿
3.5
𝑠𝑖𝑛
3
2𝜑
(
4𝜇′𝜆′Δ𝑡
0
𝜌′𝑟
) −
128
195
.
(7)
Значения
𝛼
ср
отнесены к полной наружной поверхности трубы с учетом оребрения.
Пределы применимости формулы:
𝐴 ≤ 0
;
3. Продольное оребрение трубы кольцевыми и спиральными ребрами. (рисунок, 1
𝑏
)
𝑁𝑢
к.𝑑
эк
= 0.025 (
𝑠
𝑑
эк
)
0,4
(
ℎ
𝑑
эк
)
−0.2
𝑅𝑒
к.𝑑
эк
0.87
𝑃𝑟
к
0,4
(8)
При таком типе оребрения пределы изменения параметров
𝑠 𝑑
эк
= 0,05 ÷ 0,25
⁄
;
ℎ 𝑑
эк
= 0,05 ÷ 0,37
⁄
, где
𝑠
–шаг ребра, м;
Do'stlaringiz bilan baham: 
