Материал: PAKhT_LEKTsII_1sem

Внесем соответствующие изменения в уравнение Фурье-Кирхгофа (10.26):

T C1x C2

(13.10)

где С1 и С2 – константы интегрирования Уравнение (13.10) описывает распределение температур в пленке конденсата. Оно

аналогично уравнению теплопроводности в плоской стенке и также представляет собой

уравнение прямой.

где λпл и δ – теплопроводность и толщина пленки конденсата, соответственно.

Это же количество теплоты можно выразить с помощью уравнения теплоотдачи:

Из гидродинамики течения пленки известно, что толщина пленки жидкости δ зависит от высоты H стенки, по которой стекает плѐнка конденсата, и от физических

свойств конденсата, и определяется как:

6

где и - соответственно плотность и коэффициент динамической вязкости жидкости – конденсата, rп – теплота парообразования.

Тогда коэффициент теплоотдачи можно найти по следующим формулам: - при конденсации на вертикальной поверхности

Согласно экспериментальным результатам k1 = 1,13; k2 = 0,728 (для одиночной трубы); k2 = 0,728n (для пучка n труб), коэффициент n - справочная величина.

Все физические константы в уравнениях (13.14 13.16) относятся к конденсату при его средней температуре между температурой конденсации и температурой стенки.

Теплоотдача при кипении

Кипение – это процесс интенсивного парообразования за счет подвода теплоты к кипящей жидкости.

Для возникновения кипения необходимо, чтобы температура жидкости была выше температуры насыщения пара, а также наличие центров парообразования. Различают кипение на поверхности нагрева и кипение в объеме жидкости. Кипение на твердой поверхности идет с образованием паровой фазы в отдельных местах поверхности обогрева и обусловлено подводом теплоты к жидкости от соприкасающейся с ней поверхностью.

Объѐмное кипение возникает при значительном перегреве жидкой фазы относительно температуры насыщения. Наиболее важным в химической технологии видом кипения является кипение на поверхности.

Механизм кипения на поверхности сложнее, чем при обычной конвекции. Перенос теплоты и массы осуществляется пузырьками пара из пограничного слоя в объѐм жидкости. Интенсивность теплоотдачи очень велика.

Различают два режима кипения: пузырьковый I и пленочный II. 7

Рис.13.4. Теплоотдача при кипении

На Рис.13.4 представлена типичная зависимость коэффициента теплоотдачи кип и

жидкости ∆T = Tст- Tкип (Tст и Tкип соответственно температура стенки со стороны кипящей жидкости и температура кипения).

В области АВ перегрев жидкости мал (∆T ≥ 5 К), мало число активных центров

парообразования, интенсивность теплообмена низка.

При дальнейшем повышении ∆T увеличивается число активных центров

парообразования, и коэффициент теплоотдачи резко возрастает (отрезок ВС). Эту область называют областью пузырькового или ядерного кипения. Этот режим работы является основным для промышленных теплообменников-кипятильников.

При дальнейшем увеличении ∆T происходит слияние пузырьков пара на поверхности нагрева. Поверхность как бы покрывается пленкой пара, плохо проводящей теплоты. Это - область пленочного кипения. Коэффициент теплоотдачи резко снижается (

в десятки раз). Совершенно очевидно, что пленочный режим кипения крайне нежелателен.

Значения ∆T, коэффициента теплоотдачи и удельной тепловой нагрузки,

соответствующие переходу от пузырькового режима к пленочному, называют критическими. В специальной литературе приводятся эмпирические зависимости, а также опытные данные, позволяющие определить эти критические значения.

Скорость переноса теплоты при кипении зависит от многих разнообразных

факторов (физических свойств жидкости, давления, температурного напора, свойств

8

материала поверхности нагрева и многих других), учесть влияние которых на процесс и свести их в единую зависимость крайне сложно. Поэтому в литературе приводятся рекомендации многих авторов, которые на основе различных физических моделей получили расчетные зависимости для определения коэффициента теплоотдачи при кипении.

Часто эти зависимости имеют следующий вид:

Аq 0,6 (13.17)

Коэффициент А - сложный комплекс многих величин, влияющих на интенсивность переноса теплоты при кипении.

Поскольку в настоящее время нет достаточно надежных обобщенных уравнений для расчета при кипении, решая конкретную задачу определения коэффициента теплоотдачи при кипении, следует обращаться к специальной литературе.

9

ЛЕКЦИЯ 14

ВЗАИМНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ РАСЧЕТ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Взаимное направление движения теплоносителей

В зависимости от конструкции теплообменных аппаратов, можно выделить четыре случая взаимного движения теплоносителей в них.

1. Прямоток.

Рис.14.1 Прямоток

Теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена строго в одном направлении по параллельным траекториям, такой режим можно реализовать в теплообменнике типа "труба в трубе";

2. Противоток.

Рис.14.2. Противоток

Теплоносители движутся вдоль поверхности теплообмена по параллельным траекториям, но во встречным направлениях. Такой режим также можно реализовать в теплообменнике типа "труба в трубе".

1