Усовершенствование конденсаторов водяных паров котлов ТЭС за счет интенсификации теплообмена, страница 3

Капельная конденсация смесей некоторых паров.

С точки зрения влияния концентрации легколетучего компонента на процесс теплообмена при конденсации бинарных смесей паров, определенный интерес представляют работы [4, 5]. В указанных работах происходила конденсация на горизонтальной трубе смеси паров, смешивающихся жидкостей: этанол-вода, ацетон-вода, изопропанол-вода на горизонтальной трубе. Экспериментальные данные были обработаны в виде зависимости коэффициента теплоотдачи от концентрации легколетучего компонента (рис. 4).

Как следует из рисунка, коэффициент теплоотдачи проходит через максимум. При концентрациях легколетучего компонента, меньших значения, отвечающему максимуму коэффициента теплоотдачи, визуально наблюдается капельная форма конденсации, но при этом величина α ниже, чем при капельной конденсации на гидрофобизированных поверхностях.

Рис. 4. Зависимость коэффициента теплоотдачи от концентрации легколетучего компонента в смеси [6].

На рис. 5 представлены опытные данные по конденсации смесей этанол-вода, изопропанол – вода и ацетон – вода в режимах с капельным образованием конденсата.

Рис. 5. Теплоотдача при капельной конденсации смеси паров на одиночной горизонтальной трубе.

Опытные данные с разбросом ±20% описываются уравнением

где

 - число подобия, учитывающее влияние термокапиллярного движения (отношение термокапиллярных сил к силам вязкости);

Подобные результаты были опубликованы Янгом Ли, ДжунДжи Йаном, ДжинШи Вонгом [7]. Авторы исследовали характеристики теплообмена при конденсации смеси этанол-вода при различных массовых долях этанола.

Как видно из рис. 6 при различных массовых долях этанола коэффициент теплоотдачи в зависимости от температурного напора ведет себя одинаково нелинейно и проходит через максимальное значение. Пленочная конденсация происходила только при очень маленьких перепадах температур стенка-пар (меньше 3.5 К) или достаточно больших температурных напорах при низких значениях массовых долей этанола.

Рис.6.

Теоретические результаты работы [7] по коэффициенту теплоотдачи представлены на рис. 7-9 для различных давлений пара.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Теоретический коэффициент теплоотдачи, так же как и экспериментальный, имеет нелинейную зависимость от температурного напора и проходит через максимальное значение для всех изученных массовых долей этанола в смеси. Для низких массовых долей этанола (0.5 - 3%) теоретический коэффициент теплоотдачи увеличился резко и быстро, достиг максимального значения и затем уменьшился с увеличением перепада температур стенка-пар. Для больших массовых долей (5 – 32 %) с увеличением температурного напора теоретический коэффициент теплоотдачи увеличивался медленно, потом относительно быстро достиг своего максимального значения, а затем уменьшился. Эта тенденция показывает, что диффузионное сопротивление в приграничном слое в паре играло значительную роль до того, как перепад температур стенка-пар достиг точки резкого возрастания. Более того, рис. 7-9 также указывают на то, что теоретический коэффициент теплоотдачи уменьшался с увеличением массовых долей этанола.

Что же касается точек резкого возрастания коэффициентов теплоотдачи, из-за того, что очень маленький перепад температур между пузырем и температурой конденсации, нет видимых точек резкого возрастания теоретического и экспериментального коэффициентов для маленьких массовых долей этанола. Однако для больших массовых долей этанола, подобно экспериментальным результатам, точки резкого возрастания были очевидны. Перепад температур стенка-пар в точке резкого возрастания отвечает наименьшей температуры межфазовой границы. Наименьшая температура межфазной границы, зависимая от температуры окружающей среды и давления, была, главным образом, константной и не зависела от температуры стенки.

Перспективы применения нанотехнологий для интенсификации капельной конденсации