Q=a(tг-tп)F (1)
где a - эффективный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м×К).
a = aк + aл (2)
aк - коэффициент теплоотдачи в конвективном теплообмене; aл - коэффициент теплоотдачи, учитывающий лучистый (радиационный) теплообмен.
Коэффициент теплоотдачи a от поверхности технологического аппарата к охлаждающей пленке воды, характеризующий интенсивность процесса охлаждения, зависит от множества факторов. В литературе имеются следующие уравнения подобия для расчета теплоотдачи к пленке [2]:
пленка стекает в условиях неподвижной газовой среды
Nuэ = 0,0096 Re0,44 Pr0,4, (3) пленка стекает при встречном движении газов
Nu = 33,4Reг –0,57Reж 0,4Pr0,4, (4)
где Nuэ = a(n2/g)1/3/l - эквивалентное число Нуссельта; Re = wd/n = G/n -число Рейнольдса пленки; G - объемная плотность орошения, м3/с; n - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; l - коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К); Reг = uгl/nг - число Рейнольдса для потока газов, d - толщина пленки, м:.
Расчеты, выполненные для плотности орошения G = 0,8¸2 л/(с×м), показывают, что коэффициент теплоотдачи принимает значения 6000¸15000 Вт/(м×К). Эти значения близки к опытным коэффициентам теплоотдачи, полученным в [2].
Охлаждение поверхностей, имеющих сложную геометрию (задвижки, тройники, патрубки и т.п.), как показывает практика пожаротушения, обычно производится струями распыленной воды, которые при попадании на поверхность генерируют пленку и, непрерывно бомбардируя ее, интенсифици-руют процесс теплоотдачи к ней. Анализ механизма тепло- и массообменных процессов, реализуемых в системах стенка - капельная газовзвесь, имеет чрезвычайно сложную структуру и многие его аспекты вскрыты еще недостаточно для получения полной и ясной картины обо всех происходящих явлениях в их взаимной связи.
Наиболее детально этот вопрос рассматривался в работе [2]. В этой работе при рассмотрении физической модели течения пленки жидкости, орошаемой распыленной водой, сделаны следующие допущения:
- вертикальные участки поверхности имеют небольшую протяженность, в пределах которой не может развиться турбулентное течение, поэтому течение пленки ламинарное с гладкой поверхностью;
- подлетающие капли распределяются по орошаемой поверхности равномерно;
- поток капель характеризуется средней каплей, взвешенной по числу
капель;
- при подлете к поверхности капли имеют одинаковую скорость и температуру.
При этих допущениях была получена следующая эмпирическая зависимость, которая рекомендована для расчета коэффициентов теплоотдачи:
Nu = 0,314 We 0,48 Re 0,11 Pr 0,4, (5)
где We == ruк2dк/s - число Вебера для капель жидкости; uк - скорость подлета капель жидкости, м/с; dк - диаметр капель, м; s - поверхностное натяжение жидкости, Н/м.
Данная зависимость справедлива в следующих диапазонах определяющих чисел подобия
We = (1,57 ¸ 8,82) 103; Re = 150 ¸ 910; Pr = 2,0 ¸ 6.3.
Расчеты показывают, что коэффициенты теплоотдачи при охлаждении распыленной водой несколько выше, чем при пленочном охлаждении поверхности.
При движении пены по поверхности твердой стенке в [8] для расчетов коэффициентов теплоотдачи использовалась следующая формула, предложенная ВНИИГД
a == aжехр[-0,25 (К - 1)1/3] + aвехр[- 500/(К - 1)], (6)
где aж - коэффициент теплоотдачи между раствором пенообразователя и стенкой, Вт/(м2×К); aв - коэффициент теплоотдачи между воздухом и стенкой, Вт/(м×К); К - кратность пены.
Из формул видно, что коэффициент теплоотдачи с увеличением кратности пены снижается. Для кратности пены К = 100 коэффициент теплоотдачи получается равным 1350 ¸ 700 Вт/(м2×К) в зависимости от интенсивности подачи пены, что неплохо согласуется с результатами, приведенными в [8].
Сравнение скорости охлаждения технологических аппаратов (колонн, реакторов и т.п.) с помощью пленки воды и с помощью слоя пены выполним следующим образом. Оценим время снижения осредненной по всему объему технологического аппарата температуры от некоторой максимальной до некоторой допустимой температуры. Для этого составим уравнение теплового баланса аппарата.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.