Методы интенсификации теплообмена при конденсации пара, страница 2

Трубы с накаткой испытаны в подогревателе сетевой воды. Подогреватель состоял из 214 труб длиной 4 м, диаметром 16 мм, толщиной стенки 0,85 мм. Ориентация труб горизонтальная. Параметры накатки: снаружи трубы: d_н/D_н= 0,932; t/D_н= 0,31; внутри трубы: d/D= 0,932; t/D= 0,357. Испытания подогревателей проведены при одинаковых давлениях греющего пара. При использовании труб с накаткой тепловая мощность и коэффициент теплопередачи в подогревателях увеличиваются более, чем в два раза.

 ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА НАРУЖНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЫ

Интенсификация теплоотдачи при вертикальном расположении труб проявляется слабее, чем при горизонтальном  расположении. Влияние накатки на теплоотдачу растет с увеличением Re_пл, глубины накатки и уменьшением ее шага ( рис. 4.3). При  Re_пл < 400  снижение t/h  меньше 8 не сопровождалось дальнейшим ростом отношения чисел Нуссельта для труб с накаткой и без накатки. Это объясняется удерживанием конденсата в канавках силами поверхностного натяжения.

Для расчета средней теплоотдачи в трубе с накаткой получено уравнение [4.1]

где Re_пл= G_уд/m′= 40 ¾ 3000,

G_уд¾ удельный расход конденсата;

Визуальные наблюдения и фотосъемка процесса конденсации пара на трубе с кольцевыми канавками показали, что при Re_пл< 500 ¾ 700 рост теплоотдачи вызван крупномасштабными изменениями

Рис.4.3. Влияние накатки на теплоотдачу при конденсации на вертикальной трубе

пленки конденсата ¾ срывом с частотой до 1 Гц конденсата в виде солитонов протяженностью 50¾100 мм. При высоких числах Рейнольдса (Re_пл> 700) наблюдаются повышенная турбулентность, вихреобразование пленки.

При незначительном наклоне трубы (3¾5°) интенсификация теплоотдачи за счет канавок на поверхности усиливается. Эта особенность использована в трубах с накатанными кольцевыми канавками (рис. 4.4). Канавки расположены параллельно друг другу под углом, меньшим 90° к оси трубы.

Рис. 4.4. Труба с накатанными  кольцевыми канавками

Расстояние между канавками равно их утроенной ширине, глубина канавок определяется из выражения

, где G_r - расход конденсата, образующегося на поверхности трубы между двумя соседними канавками. Между канавками могут быть расположены несообщающиеся с ними ребра или канавки, ориентированные параллельно оси трубы. Это улучшает стекание конденсатной пленки и способствует большей интенсификации теплоотдачи.

На теплоотдачу при конденсации может оказать влияние материал стенки. Механизм этого влияния ¾ неоднородное распределение температуры стенки в случае низкого коэффициента теплопроводности.

Введение безразмерного комплекса , где l_с, l_пл - коэффициенты теплопроводности материала стенки и пленки, d_с -толщина стенки, d_э -эквивалентный диаметр кольцевого канала, позволяет обобщить  данные по теплоотдаче при конденсации паров бензина и воды в кольцевом канале единой зависимостью [4.1]

.                                                                                                        (4.5)

Уравнение справедливо в диапазонах

=2,576¾ 8,514; t/D_н= 0,25¾ 0,44; d_н/D_н = 0,876 – 0,938.

ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ  СМЕСИ ПАРОВ

НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОРЕБРЕННОЙ ТРУБЕ

Теплоотдача при конденсации  паровой смеси R113/H₂O на горизонтальных оребренных трубах исследована в МЭИ [4.5]. На рис. 4.5 показаны ребра и шипы на горизонтальных трубах, полученные методом деформирующего резания, разработанным в МГТУ им. Баумана.

Рис. 4.5. Ребра и шипы на горизонтальной трубе, полученные методом деформирующего резания

В табл. 4.1 приведены характеристики оребрения исследованных труб, а также степени развития оребренной поверхности e.

На рис. 4.6 представлены данные по теплоотдаче, полученные при конденсации паров исследованной смеси на горизонтальной трубе с шипами на наружной поверхности при давлении 0,2  (рис. 4.6, а) и 0,4 (рис. 4.6, б) МПа.  На рисунке представлены также рассчитанные коэффициенты теплоотдачи при конденсации чистого фреона-113 и смеси R113/H₂O на гладкой трубе диаметром 16 мм, из которой изготавливались трубы с шипами.

Рис. 4.6.Коэффициенты теплоотдачи при конденсации паровой смеси R113/H₂ O  на горизонтальной трубе с технически гладкой поверхностью (2) и шипами (1) при давлении 0,2 (а) и 0,4 (б) МПа

Увеличение коэффициента теплоотдачи для трубы с шипами, не связанное непосредственно с развитием поверхности, оказалось достаточно большим и составило 1,5 и 1,7 для давлений                  0,2 и 0,4 МПа . Для трубы с ребрами и шипами обнаружена особенность, состоящая в том, что коэффициент теплоотдачи слабо изменяется с ростом температурного напора.

Согласно методике определения коэффициента теплоотдачи при конденсации на горизонтальных оребренных трубах бинарных смесей паров, образующих несмешивающие жидкости, развитая поверхность трубы разделяется на две зоны, залитую и незалитую конденсатом. Угол, соответствующий границе между зонами, определяется по имеющемуся в литературе уравнению. Предложенная методика тестируется путем сравнения с имеющимися опытными данными.