Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 53

Из теории пограничного слоя известно, что при направлении поперечного потока вещества от поверхности раздела фаз (испарение, сублимация, десорбция, вдув газа через пористую пластину) толщина пограничного слоя увеличивается, а производные  и  уменьшаются. Вследствие этого уменьшается и коэффициент теплоотдачи. Наоборот, при направлении потока вещества к поверхности раздела (конденсация, сорбция, отсос газа или жидкости) толщина пограничного слоя уменьшается, растут производные  и . Таким образом, с ростом плотности поперечного потока массы коэффициент теплоотдачи увеличивается. Следовательно, коэффициент массоотдачи b зависит от направления и значения поперечного потока массы также, как и коэффициент теплоотдачи.

9.6. Тепло- и массообмен при концентрации пара из газовой смеси

Наличие газа в паре затрудняет доступ пара к поверхности конденсации. Скорость конденсации уменьшается.

Положим, что стенка непроницаема, ее температура t_c, она ниже температуры основной парогазовой смеси t_п.0. По стенке течет пленка конденсата.

Рис. 91. Конденсация пара из газовой смеси

Общее количество тепла, передаваемое поверхности пленки:

                                           ,

где   a – коэффициент теплоотдачи от смеси к пленке конденсата.

На поверхности раздела фаз пар конденсируется, и выделяется теплота:

                                              .

Теплота фазового перехода вместе с теплом конвективной теплоотдачи переносится к твердой стенке. Этот перенос осуществляется через движущуюся пленку жидкости конвекцией. Твердой стенке передается тепло и переохлаждения конденсата. Но эта теплота невелика, и ею можно пренебречь. Тогда плотность теплового потока на стенке:

                                                .

Это можно представить как:

                                                      ,

где   a_см – коэффициент теплоотдачи, отнесенный к разности температур стенки и пара вдали от поверхности конденсации:

                                                           ,

где    – сумма термических сопротивлений:

                                                    ,

где   R_к – сопротивление пленки конденсата – соответствует Dt_к;

        R_ф – сопротивление фазового перехода – соответствует Dt_ф;

        R_д – сопротивление диффузионного слоя – соответствует Dt_д.

Тогда:

                                              .

Часто  и , тогда R_ф можно пренебречь, и принять , пренебрегая скачком Dt_ф, а температуру поверхности конденсата t_пов рассматривать как температуру насыщения пара t_s.пов при давлении насыщения p_п.пов. Тогда:

                                             .

Диффузионное термическое сопротивление:

.

Для расчета a_см (коэффициента теплоотдачи от парогазовой смеси вдали от поверхности к твердой стенке) требуется определить коэффициент массоотдачи b. Средний коэффициент массоотдачи при пленочной и капельной конденсации пара на горизонтальной трубе из паровоздушной практически неподвижной смеси на большом удалении от трубки может быть определен по формуле:

                                                ,             (*)

где   ; ;

        R_т – радиус трубки (поверхности конденсата);

        R₀ – радиус, при котором берется концентрация газа на удалении m_г.0. Индекс «пов» соответствует поверхности конденсата.

Коэффициент y учитывает влияние свободной конвекции на процесс конденсации:

                                  при  ;

           при  , т. е. свободная конвекция не влияет на конденсацию.

В формулу (*) подставляют параметры парогазовой смеси, взятые по температуре t_п.0.

Пленочная конденсация из движущейся парогазовой смеси с поступлением на горизонтальную трубу или горизонтальный пучок труб сверху: коэффициент конденсации при содержании воздуха в водяном паре  и давлении  МПа при  может быть рассчитан по уравнению:

                                                  ,             (**)

где   ;

         для одиночной трубы;

         для первого ряда пучка;

         для второго и последующих рядов.