Тепломассообмен при глубоком охлаждении продуктов сгорания природного газа, страница 3

растет с понижением температуры стенки по мере увеличения количества конденсирующегося на ней пара. При заданных температуре стенки и концентрации водяных паров в дымовых газах доля конденсационной составляющей в приведенном коэффициенте теплоотдачи не зависит ни от скорости газов, ни от диаметра трубы.

Для проверки расчетов по (13) был исследован теплообмен от продуктов сгорания природного газа на выходе из парового котла в котельной УГТУ-УПИ к поперечно обтекаемой одиночной водоохлаждаемой трубке [9]. Температура охлаждающей воды изменялась от 30 до 60 °С. Температуры уходящих газов и точки росы были равны соответственно 200 и 50.5 °С. Экспериментальная трубка наружным диаметром 10 мм с толщиной стенки 1 мм была изготовлена из нержавеющей стали. Ее термическое сопротивление пренебрежимо мало по сравнению с таковым теплоотдачи от газа. Как показывают оценки, термическое сопротивление образующейся пленки конденсата также незначительно, поэтому температура наружной поверхности трубки принималась равной среднеарифметическому значению температур охлаждающей воды.

Из рис. 1 видно, что результаты расчета по (8), (13) и (14) хорошо согласуются с экспериментальными данными. Это подтверждает применимость аналогии тепло- и массообмена в данных условиях и отсутствие заметного влияния стефановского потока.

Изменение концентрации пара вдоль охлаждающей поверхности с постоянной температурой. Выделим в канале с охлаждающими поверхностями (для наглядности будем считать, что ими являются стенки канала с температурой Г_ст, хотя это может быть и поперечно обтекаемый трубный пучок, в том числе выполненный из оребренных труб) дифференциально малый участок. Запишем для него уравнение материального баланса водяного пара \

(15)

Величину Р_р оценим по (3) с учетом (12)

0.38

^аконв

D

R_nT\ a

.0.62

Рсм^ср

(16)

Зависимость коэффициента диффузии водяного пара в воздухе в интересующем нас диапазоне температур 282-450 К и при атмосферном давлении имеет вид [10]

2.072

D = 0.20510"

273

'

(17)

ТЕПЛОМАССООБМЕН ПРИ ГЛУБОКОМ ОХЛАЖДЕНИИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА

0      0.5   1.0    1.5   2.0   2.5   3.0  3.5   А

Рис. 2. Зависимость относительной объемной концентрации водяного пара от безразмерного комплекса А = o._KOHBF/(c т f): при £_ст = 10 °С - в (/ - г₀ = 0.2, 2 - О.\5, 3 - 0.1); при г₀ = 0.15 - 6 (/ - t_CT=10°C, 2 - 20, 3 - 30)

Для коэффициента диффузии пара в воздухе рекомендуется в [11] формула

D = 0.20910

-4

^Т )     Ро 273

(18)

Посчитанные по (17) и (18) коэффициенты диффузии отличаются друг от друга на 1-6% (в (18) р = = ро = 0.101 МПа), при этом отношение (D/a)° с точностью до 10% равно единице. Приняв (D/a) = = 1 и сделав замену в (16) р_см на r/(R_CMT), получим

(19)

В большинстве случаев величина а_конв мало изменяется вдоль поверхности в процессе охлаждения газа при течении в трубе или при поперечном омывании пучка труб. Теплоемкость газа изменяется незначительно, поэтому величину Р^ в дальнейшем будем считать постоянной.

Если газопаровой поток рассматривать как идеальный газ, то расход пара через сечение f составит

. р

Рем

'сух а _

f-

(20)

гдеД_п = 462 Дж/(кг-К).

Молекулярная масса продуктов сгорания природного газа ц_см = г^Ц^ + ^rO₂^O₂ + ^rRO₂HRO₂ ⁺ П^Н₂О ■ = 0.6615-28 + (0.2509 - г)-32 + 0.0876-44 + г-18 = 30.41 - Иг, а Л_см = 8314/ц_см = 594/(2.17 - г) Дж/(кгК). При изменении г от 0.15 до нуля R_CM уменьшается с 294.1 до 273.7 Дж/(кг-К), поэтому в первом приближении ее можно считать постоянной и равной 284 Дж/(кг-К). Тогда уравнение (20) примет вид