Теория теплообмена. Теплопроводность. Основные положения теории теплопроводности. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность при нестационарном режиме. Теплообмен при фазовых превращениях, страница 54

При  для труб пятого ряда используется формула:

                                                .        (***)

Число Re в формулах (**), (***) подсчитывается по скорости парогазовой смеси перед трубой или рядом труб. Определяющим размером является диаметр труб. Физические параметры определяются по состоянию паровоздушной среды перед трубой или рядом труб. Коэффициент вязкости смеси определяется по формуле:

                                             ,

где   m_п, m_г – коэффициенты динамической вязкости пара и воздуха.

Формулы (**) и (***) получены для шахматного пучка труб с поперечным относительным шагом 1,475 и продольным относительным шагом 1,275. Эти формулы можно распространить и на другие относительные шаги.

Значение t_пов, по которому вводят в расчет p_п.пов, определяется путем последовательного приближения. При этом используется формула:

                                           .

9.7. Тепло- и массообмен при испарении жидкости в парогазовую среду

При испарении часть молекул с большей энергией, чем силы сцепления, вырывается из поверхностного слоя в окружающую среду. Часть молекул отражается от газа к поверхности испарения, и происходит их поглощение. Часть молекул, испущенных диффузией и конвекцией, окончательно теряется жидкостью.

Коэффициент испарения – это отношение числа безвозвратно отлетающих молекул пара к числу испущенных жидкостью. Это понятие отождествляется с понятием коэффициента конденсации.

Если газ не насыщен паром, то возникает поток вещества, направленный от поверхности испарения. Направление же теплового потока будет зависеть от того, что больше: температура парогазовой смеси t_п.г или температура поверхности испарения.

На испарение жидкости затрачивается теплота , Вт/м². Если к жидкости подводится меньше теплоты, чем затрачивается на испарение, то происходит охлаждение жидкости, и наоборот.

Пусть в сосуде с изолированными стенками находится тонкий слой жидкости, причем в начальный момент t_пов больше температуры парогазовой смеси t_п.г вдали от поверхности. Вследствие испарения t_пов будет понижаться. В какой-то момент времени будет , теплоотдача  прекратится. Однако испарение будет продолжаться. Это приведет к дальнейшему понижению температуры t_пов, которая станет . Тогда жидкость будет получать тепло от парогазовой среды. По мере понижения температуры жидкости испарение будет замедляться, т. к. p_п.пов (t_п.пов) и  будут уменьшаться. Эти изменения температур будут происходить до тех пор, пока при некоторой температуре жидкости не установится динамическое равновесие: подвод теплоты конвекцией от смеси сравняется с отводом тепла за счет испарения и диффузии. Испарение будет только за счет тепла, получаемого от смеси при . Температура t_м является предельной, ниже которой жидкость не будет охлаждаться. При этом:

                                           .

Процесс испарения, при котором вся теплота, переданная от парогазовой смеси к жидкости, затрачивается на испарение и возвращается с паром в смесь, называется процессом адиабатного испарения, а температуру жидкости этого процесса называют температурой мокрого термометра. Таким образом, при адиабатном испарении:

                                                  .

Отсюда:

                                                        .

При этом парогазовая смесь неподвижна.

Когда же парогазовая смесь движется над поверхностью жидкости, процесс испарения будет неадиабатным.

Допустим, в канале, заполненном наполовину жидкостью, течет парогазовая смесь с некоторой скоростью. Жидкость испаряется. На входе в канал температура парогазовой смеси . По мере течения содержание пара за счет испарения увеличивается. Изменяется и температура парогазового потока, которая на выходе будет . Испарившаяся жидкость может восполняться в том же количестве с температурой . Примем, что , и представим тепловую диаграмму.

Рис. 92. Испарение жидкости в парогазовую среду