Построение кривой кипения жидкости на горизонтальной трубе

Страницы работы

Содержание работы

.Часть 2. Построение кривой кипения жидкости

Введение

В расчетно-графической работе рассматривается процесс кипения жидкости на горизонтальной трубе диаметром d, строятся расчетные зависимости q=f(∆t) и ά= f(∆t) с учетом первого и второго кризисов кипения.


Таблица 5.2, вариант 4.

1. Задание:

Жидкость в большом объеме кипит при давлении насыщения Рн и температуре tн на горизонтальной трубе диаметром d. Для заданной жидкости необходимо:

1.  определить критический тепловой поток qкр1 по формуле

qкр1=0,145r(ρ”)0,5[σ(ρ’-ρ”)g]0,25,

 критический коэффициент теплоотдачи άкр1 по формуле

άкр1=Nu٭λ’/l

 и критический температурный напор ∆tкр1 по формуле

∆tкр1= qкр1/ άкр1;

2.  задаться восемью значениями q1< qкр1, посчитать для них ά1 и ∆t1 и построить в логарифмических координатах зависимости q1=f(∆t1) и ά1= f(∆t1) для пузырькового режима;

3.  определить критический тепловой поток qкр2 по формуле

qкр2=0,125rρ”[σg(ρ’-ρ”)/ρ’2]0,25,

 критический коэффициент теплоотдачи άкр2 по формуле

άкр2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25

 и соответствующий температурный напор ∆tкр2;

4.  задаться тремя значениями температурного напора ∆t2>∆tкр2, посчитать для них коэффициенты теплоотдачи ά2, тепловые потоки q2 и нанести зависимости q2=f(∆t2) и ά2= f(∆t2) на график.

Дано:

Жидкость: пропанол - 1;

Давление насыщения жидкости: Рн=10 бар;

Диаметр трубы: d=15 мм;

Температура насыщения жидкости:tн=177°C;

Скрытая теплота парообразования жидкости: r=0,494·106 Дж/кг;

Коэффициент теплопроводности жидкости: λ’=0,128 Вт/м·К;

Коэффициент теплопроводности пара: λ”=0,03 Вт/м·К;

Коэффициент кинематической вязкости жидкости: ν’=0,24·10-6 м2/с;

Коэффициент кинематической вязкости пара: ν”=0,62·10-6 м2/с;

Плотность жидкости: ρ’=640 кг/м3;

Плотность пара: ρ”=19 кг/м3;

Коэффициент температуропроводности жидкости:а’=0,110·10-6 м2/с;

Массовая изобарная теплоемкость жидкости: с’р=3400 Дж/кг·К;

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости: σ=0,014 Н/м;

Число Прандтля: Рrж=2,18.


2. Решение:

1.  Первый критический тепловой поток определяется по формуле (4.2):

qкр1=0,145r(ρ”)0,5[σ(ρ’-ρ”)g]0,25,

где r=0,494·106Дж/кг - скрытая теплота парообразования жидкости;

ρ”=19 кг/м3 - плотность пара;

σ=0,014Н/м - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;

ρ’=640 кг/м3 - плотность жидкости;

g=9,81 м/с2 –ускорение силы тяжести.

qкр1=0,145·0,494·106·(19)0,5·[0,014·(640-19)·9,81]0,25=0,94·106 Вт/м2

2.  Задаемся для построения кривой кипения значениями теплового потока:

q1=0,6·106; 0,3·106; 0,1·106; 0,1·105; 0,1·104; 0,1·103; 10; 1 Вт/м2.

Приведенная скорость парообразования (кипения) по формуле (2.1):

Wк= qкр1/r·ρ”= 0,94·106/0,494·106·19=0,12 м/с.

3.  Для других q1:

Wк=0,08; 0,04; 0,01;13,5·10-4; 13,5·10-5 ; 13,5·10-6; 13,5·10-7;  13,5·10-8 м/с.

4.  Характерный линейный размер для пузырькового кипения:

l٭= с’р· ρ’· σ·Tн/( r·ρ”)2,

где с’р=3400 Дж/кг·К - массовая изобарная теплоемкость жидкости;

Тн=450 К - температура насыщения жидкости.

l٭= 3400 · 640 · 0,014 · 450/(0,494·106 · 19)2=0,38·10-6 м.

5.  Число Рейнольдса:

Re٭=Wк· l٭/ν’,

где ν’=0,24·10-6 м2/с - коэффициент кинематической вязкости жидкости.

Re٭= 0,12 · 0,38·10-6/0,24·10-6 =0,19 >0,01.

Другие значения Re٭=0,12; 0,06; 0,016 >0,01;

                0,002; 0,0002; 0,00002; 0,000002; 0,0000002;  <0,01


6.  Число Нуссельта для пузырькового кипения:

Nu٭=0,125·Re٭0,65·Prж1/3,

где Рrж=2,18 - число Прандтля.

Nu٭=0,125·0,190,65·2 ,181/3=0,055.

Другие значения числа Нуссельта при Re>0,01.

0,04; 0,03; 0,011.

при Re٭<0,01:

Nu٭= 0,0625·Re٭0,5·Prж1/3=0,004; 0,001; 0,0004; 0,0001;0,00004.

7. Коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении:

άкр1=Nu٭λ’/l٭ ,

где λ’=0,128 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности жидкости.

άкр1=0,055·0,128/0,38·10-6 =18526 Вт/м2·К.

Другие значения ά1=13473; 10105; 3705; 1347; 337; 135;33,7; 13,5 Вт/м2·К.

8.  Температурный напор:

∆tкр1= qкр1/ άкр1=0,94х106/18526 =50,7 К.

Другие значения ∆t1=44,5; 29,7; 27; 7,4; 3; 0,74;0,3;0,07 К.

9.  Построение зависимости q1=f(∆t1) и ά1= f(∆t1) для пузырькового кипения в логариф-мических координатах:

lg q1

lg ά1

lg ∆t1

5,8

4,1

1,6

5,5

4

1,5

5,0

3,6

1,4

4,0

3,1

0,9

3,0

2,5

0,5

2,0

2,1

-0,1

1,0

1,5

-0,5

0

1,1

-1,2

10.  Второй критический тепловой поток:

qкр2=0,125rρ”[σg(ρ’-ρ”)/ ρ’2]0,25,

где r=0,494 ·106 Дж/кг - скрытая теплота парообразования жидкости;

ρ”=19 кг/м3 - плотность пара;

σ=0,014 Н/м - коэффициент поверхностного натяжения жидкости;

ρ’=640 кг/м3 - плотность жидкости;

g=9,81 м/с2 –ускорение силы тяжести.

qкр2=0,125·0, 494 ·106·19·[0,014·9,81·(640 -19)/6402]0,25=140936 Вт/м2.

11.  Критический коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении:

άкр2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25= qкр2/∆tкр2,

где λ”=0,03 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности пара;

            ν”=0,62·10-6 м2/с - коэффициент кинематической вязкости пара;

∆tкр2 – критический температурный напор, К;

d=15 мм - диаметр трубы.

разрешая это уравнение относительно ∆tкр2, получим:

 ∆tкр2=(qкр2/0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”d]0,25)4/3=

=(140936 /0,62·[0,033·0,494·106(640-19)·9,81/0,62·10-6·0,015]0,25)4/3=661 К;

άкр2= qкр2/∆tкр2=140936/661 =213,2 Вт/м2·К.

12.  Для построения кривой пленочного кипения задаемся другими ∆t2>661 К:

∆t2= 800; 1000; 1200 К.

13.  Коэффициенты теплоотдачи ά2 при пленочном кипении:

ά2=0,62[λ”3r(ρ’-ρ”)g/ν”∆tкр2d]0,25=

=0,62·[0,033·0,494·106(640-19)·9,81/0,62·10-6·661·0,015]0,25=209,8 Вт/м2·К.

Другие значения ά2 = 199,6; 189; 180,4 Вт/м2·К.

14.  Плотность теплового потока:

q2= ά2∆t2=199,6·800=159680  Вт/м2.

Другие значения q2=189000; 216480 Вт/м2.

15.  Построение зависимости q2=f(∆t2) и ά2= f(∆t2) для пленочного кипения в логарифмических координатах:

lg q2

lg ά2

lg ∆t2

5,20

2,30

2,90

5,28

2,27

3,0

5,34

2,25

3,1

Заключение

В расчетно-графической работе был рассмотрен процесс кипения жидкости пропанол - 1 на горизонтальной трубе диаметром d=15 мм и построены расчетные зависимости q=f(∆t) и ά=f(∆t) с учетом первого и второго кризисов кипения. Для данной жидкости

qкр1=0,94·106 Вт/м2, άкр1=18526 Вт/м2·К, ∆tкр1=50,7 К. Величина qкр2  составляет qкр2=140936 Вт/м2. Величины άкр2=213,2 Вт/м2·К и ∆tкр2=661 К.


Литература:

1.  Теплопередача через многослойную цилиндрическую стеку/ Сост. Шаров Ю.И. - Новосибирск: НГТУ, 2002г.

2.  Построение кривой кипения жидкости/ Сост. Шаров Ю.И.- Новосибирск: НГТУ, 2000-2001г.

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Расчетно-графические работы
Размер файла:
66 Kb
Скачали:
0