Теплоотдача при кипении и конденсации

1. ТЕПЛОМАССООБМЕН

Теплоотдача при кипении
и конденсации
Лекция № 10
2017 год

2.

• Теплоотдача при изменении агрегатного состояния зависит от
режима этого процесса.
• В начале процесса кипения теплота передается от стенки
непосредственно к примыкающему к ней слою жидкости, а
уже от жидкости – к образующимся пузырькам пара.
• Такой режим кипения называется пузырьковым.
• При некотором критическом значении температурного
напора Δt = tст – tж пузырьки сливаются в сплошную паровую
пленку – наступает пленочный режим кипения.
• Где tст – температура стенки, tж – температура насыщенной
жидкости в слое, прилегающем к стенке.

3.

Коэффициент конвективной теплоотдачи αк сначала возрастает
плавно (участок АВ), затем – в результате усиленной конвекции
из-за интенсивного движения пузырьков
возрастает резко
(участок ВС), а после образования паровой пленки – падает
вследствие большого термического сопротивления.

4.

• В дальнейшем коэффициент конвективной теплоотдачи αк
опять начинает расти.
• Критические параметры, соответствующие переходу
пузырькового кипения в пленочное, для воды равны:
Δtкр = 25 °С;
αкр = 46 500 Вт/(м2·К),
qкр = 1,16·106 Вт/м2.

5.

• Пленочный
режим
приводит
к
снижению
производительности теплообменных аппаратов, а в
некоторых случаях создает условия для прожога
стенок вследствие перегрева их из-за плохого отвода
теплоты.
Следует избегать пленочный режим кипения.
• Знание критических параметров для соответствующих
жидкостей позволяет обеспечить условия для сохранения
пузырькового кипения, т.е. Δt < Δtкр.
• С увеличением Δtкр увеличивается количество передаваемой
теплоты.

6.

• С увеличением Δtкр
передаваемой теплоты.
увеличивается
количество
• Для воды при пузырьковом режиме кипения и
давлении р = 1 ÷ 200 атм.
к 3,4 q
0, 7
0,18
pS
33,4 t
где pS – давление насыщенных паров воды.
2,33
0,5
pS

7.

8.

• При конденсации пар, соприкасаясь со стенкой,
имеющей температуру ниже температуры насыщения
пара, превращается в жидкость, отдавая стенки
скрытую теплоту конденсации.
• Различают два режима конденсации: капельный,
когда конденсат осаживается на стенке в виде
отдельных капель, и пленочный, когда осаждение
конденсата происходит в виде пленки.
• При капельной конденсации αк выше, но она
является неустойчивой и поэтому наблюдается редко.

9.

• Различают два режима конденсации: капельный,
когда конденсат осаживается на стенке в виде
отдельных капель, и пленочный, когда осаждение
конденсата происходит в виде пленки.
• При капельной конденсации αк выше, но она
является неустойчивой и поэтому наблюдается редко.

10.

• В
многорядных
пучках
труб
конденсат стекает с верхних рядов на
нижние и пленка становится все
толще, а αк – все меньше.
Для
борьбы
с
этим
явлением
разработаны
наивыгоднейшие
комбинации расположения труб в пучке.

11.

• Наибольшее значение αк имеет при ромбическом
расположении труб под углом 60° в пучке,
повернутый на угол ψ (схема Жинаба, рис. г).

12.

• Большое влияние на интенсивность теплоотдачи
при конденсации оказывает содержание в паре газов.
Скапливаясь у теплоотдающих поверхностей, газы
резко уменьшают коэффициент теплоотдачи (за счет
малого значения их теплопроводности).
Наличие в паре 1% воздуха уменьшает αк примерно
на 60%.
• В
теплообменниках с двухфазной средой
предусматривают отсос газов и продувку застойных
зон.

13.

• На основе опытных данных с различными жидкостями
получены следующие критериальные уравнения для среднего
значения αк при конденсации:
для вертикальных труб и стенок
N u 0,42 Kd
0 , 28
н
Prн
Prст
0 , 25
;
для горизонтальных труб
N u 0,72 Kd
0 , 25
н
Prн
Prст
0 , 25
.

14.

Kd н Ga K н Prн
– критерий конденсации
• Критерий Галилея Ga и Kн соответственно равны:
g l
Ga 2 ;
н
3
r
Kн
,
cж t
– число фазового превращения

15.

g l
Ga 2 ;
н
3
r
Kн
,
cж t
где l – определяющий размер, равный для вертикальных
поверхностей высоте h, а для горизонтальных труб – их
диаметру d;
• сж – теплоемкость жидкости;
• r – теплота парообразования;
• Δt – температурный напор (Δt = tн – tс, где tн – температура
насыщения);
• νн – коэффициент кинематической вязкости жидкости.
• В качестве определяющей температуры берут tн – температуру
насыщенного пара.