ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА РАСЧЕТА ВАКУУМНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ Краткий обзор развития вопросов конденсации водяного пара в вакуКонденсация пара при давлениях выше тройной точки из "Вакуумные конденсаторы химического машиностроения" Конденсация чистого пара. Если пар соприкасается с поверхностью тела, температура которого ниже температуры его фазового превращения при данном давлении, то происходит конденсация пара. При этом на поверхности раздела фаз одновременно происходят два процесса переноса перенос тепла и перенос массы. В то время как тепло переносится от пара к более холодной поверхности, вещество, образующее пар, переходит в новую фазу, возникающую на этой поверхности. Для большинства таких случаев теплового переноса нет строгих аналитических решений, а имеющиеся экспериментальные данные пока еще далеко не достаточны для получения обобщенных зависимостей. В особенности это относится к процессу конденсации пара в присутствии посторонних иеконденсирующихся газов. [c.5] В зависимости от соотношения давлений и температур может происходить конденсация либо в жидкость, либо непосредственно в твердое состояние. До сих пор подавляющее большинство исследований относится к области конденсации пара в жидкость. При этом центр тяжести исследований ложится на изучение процесса теплообмена между конденсирующимся паром и стенкой теплообменника. Конденсация пара, как и испарение жидкостей, представляет собой особый случай теплообмена, отличающийся выделением теплоты фазового превращения и сопровождающийся переносом массы вещества. [c.5] Теоретическое решение было дано также Парром, который допускал, что интенсивность конденсации постоянна по всему периметру. Вычисленные значения коэффициента теплоотдачи по формуле Парра получаются всего в 1,035 раза больше, чем по формуле Нуссельта. [c.6] Таким образом, если знать толщину пленки 6 , то с помощью уравнения (3) можно подсчитать значение коэффициента теплоотдачи. [c.7] Уравнения (5)—(7) без всяких изменений могут применяться и для вертикальных труб высотой Я, так как диаметры труб несравнимо больше толщины пленки. [c.7] Из рассмотрения формул Нуссельта видно, что с увеличением диаметра труб коэффициент а уменьшается так же, как и при увеличении разности температур, однако это уменьшение незначительно. Кроме того, из этих формул вытекает зависимость а от температуры жидкой пленки, так как Л = / (г, у, Я, ц,), т. е. является функцией величин, определяющихся в зависимости от средней температуры пленки. [c.8] Справедливость приведенных формул проверялась работами целого ряда исследователей, причем конденсация происходила как на внутренней, так и на наружной поверхности труб. Г. Н Кружи-лин указал, что Нуссельт не учел наличия инерционных сил. После учета этой поправки уравнение Нуссельта изменилось лишь незначительно. В области ламинарного движения пленки теория Нуссельта подтверждается опытом. С. С. Кутателадзе и А. Н. Шрен-целем были проведены опыты по конденсации водяного пара на вертикальных латунных трубах, причем проводилось визуальное наблюдение за тем, чтобы вся поверхность трубы была покрыта непрерывной пленкой конденсата. Полученные результаты приведены на фиг. 1. С. С. Кутателадзе объясняет увеличение значений коэффициента а по сравнению с расчетными переходом от ламинарного к турбулентному течению пленки. Несомненно, что переход к более высоким трубам приводит к возможности возникновения турбулентного течения пленки, что, в свою очередь, вызывает уменьшение ее термического сопротивления. По-видимому, это расхождение можно также объяснить соображениями П. Л. Капицы. П. Л. Капица показал, что при свободном течении пленки жидкости нужно учитывать силы поверхностного натяжения и что более устойчивым будет являться не ламинарное течение, а волновое. При таком течении эффективная теплопроводность пленки на 20% больше, чем при ламинарном течении. Эти соображения относятся только к конденсации на вертикальных трубах. [c.8] Таким образом, ценность теории Нуссельта состоит в том, что она дает правильное представление о ходе процесса конденсации и числовые зависимости для некоторых простейших случаев. Практически возникает целый ряд дополнительных обстоятельств, оказывающих влияние на процесс различная скорость движения пара, наличие пучка труб, присутствие иеконденсирующихся газов. Все эти факторы обычно имеют место в технических устройствах. [c.9] Вопрос о влиянии скорости движения пара по трубе подробно рассмотрен С. С. Кутателадзе [31]. И теория, и опыт указывают на то, что с повышением скорости движения пара коэффициент теплоотдачи возрастает. Здесь имеют место два случая если направление движения пара совпадает с направлением течения пленки, то создается дополнительная движущая сила, ускоряющая течение пленки, вследствие чего уменьшается ее толщина и возрастает коэффициент теплоотдачи если направление движения пара противоположно движению жидкой пленки, то в течение некоторого интервала скоростей пленка будет тормозиться струей пара и коэффициент теплоотдачи уменьшится. Затем сила трения пара о пленку превысит силу тяжести, пленка потечет вверх и коэффициент теплоотдачи увеличится (фиг. 2). [c.9] Опытные данные по конденсации водяного пара на внутренней поверхности вертикальной трубы Н = 2 м, й = 8 мм при скорости пара меньше 3 м/сек (/) 68,5 м/сек (2) 140 м/сек (3) приведены на фиг. 3. [c.9] Здесь индекс п относится к пару, индекс к — к пленке конденсата. [c.11] Наличие дополнительного сопротивления на границе раздела значительно усложняет расчет. [c.12] Исследование вопроса о влиянии сопротивления на границе раздела фаз при пленочной конденсации пара в области низких давлений проведено Л. Д. Берманом [6]. Для оценки величины термического сопротивления необходимо знание так называемого коэффициента конденсации Д, представляющего собой отношение числа конденсирующихся молекул к общему числу молекул пара, ударяющихся о поверхность конденсата. [c.12] М — молекулярный вес пара. [c.12] Формула Р. С. Силвера представляет собой упрощенное выражение для предельного значения термического сопротивления при д О, где д — удельная тепловая нагрузка. [c.12] Если сравнить между собой значения коэффициента теплоотдачи от пара к стенке с учетом термического сопротивления на границе раздела фаз и без него, то становится ясным, что влияние этого сопротивления на коэффициент теплоотдачи увеличивается с понижением давления пара и уменьшением коэффициента конденсации /ц. Если коэффициент конденсации стремится к единице, то влиянием сопротивления на границе раздела фаз можно пренебрегать даже при низких давлениях. [c.12] Результаты последних исследований Всесоюзного теплотехнического института [6] опровергают получившее распространение представление о том, что в области низких давлений влияние термического сопротивления на границе раздела фаз является значнтель. [c.12] Конденсация пара в присутствии неконденсирую-щихся газов. Практически редко встречается конденсация чистого пара без примеси воздуха или каких-либо неконденснрующихся в рассматриваемых условиях примесей. Примесь газа к пару существенно изменяет процесс конденсации. [c.13] Опыты показывают, что с увеличением содержания неконденси-рующегося газа в паре Яfl, заметно превосходит Я и, таким образом, применение коэффициента теплоотдачи а для характеристики процесса нельзя признать правильным. Однако большинство экспериментальных данных представлено в виде зависимости коэффициента а от различных параметров процесса. Признавая условный характер этого коэффициента, экспериментаторы продолжают им пользоваться, считая, что его значение может быть определено при помощи имеющихся методов измерений как лабораторными опытами, так и опытами на промышленных объектах. [c.14] Вернуться к основной статье