Теплоотдача при кипении воды в трубах.

Кипение начинается после того, как температура поверхности нагрева t_с станет выше температуры насыщения пара t_н при данном давлении.

Пузырьковый режим наблюдается до критических значений тепловой нагрузки поверхности (плотности теплового потока) q_кр или Δt_кр=(t_с - t_н)_кр, которые зависят от физических свойств жидкости, а также от состояния поверхности. При кипении воды в условиях естественной конвекции и р=1ата:

q_кр =(1,2…1,3) ·10⁶ ккал/м²·ч, Δt_кр=25 ºС.

Режим плёночного кипения и резкое падение коэффициента теплоотдачи наступают при q> q_кр  или Δt> Δt_кр. В области развитого плёночного кипения α почти не зависит от Δt, а q возрастает приблизительно пропорционально Δt.

В случае парового обогрева при переходе через критическую точку вместе с α падает также и q, что приводит снижению производительности теплообменного аппарата. При кипении в большом объёме (в том числе на наружной поверхности пучка труб) в условиях естественной конвекции коэффициент теплоотдачи α можно определить по приближённой формуле:

α =( С _р)^0,4 q^-0,7  ккал/м²·ч· ºС.

Эта формула справедлива в пределах тепловой нагрузки 5000<q<(0,2…0,4) q_кр  и давлении от 0,2 до 10ата. Здесь С – коэффициент, зависящий от свойства жидкости и поверхности нагрева. Для воды, кипящей в трубах из цветных сплавов С=2,6

 

Для холодильных агентов при температуре кипения от -40 до 0 ºС:

Аммиак α₀ =92 q^0,25  

Фреон-12 α₀ =66 q^0,25  

Фреонт-11 α₀ =30 q^0,25  

Здесь q - удельный тепловой поток, ккал/м²·ч.

При кипении фреонов растворённоё в них масло существенно ухудшает теплоотдачу. При концентрации масла во фреоне в пределах 0…10% α =φ α₀, где φ=1...0,7.

 

Теплоотдача при конденсации водяного пара.

 

Для одиночной горизонтальной трубы и первого ряда пучка горизонтальных трубок, обтекаемых сверху вниз водяным паром (без примеси воздуха), коэффициент теплоотдачи вычисляют по формуле:

α =(В w_П ^0,16)/(d_н ^0,705Δt^0,125) ккал/м²·ч· ºС,

Где w_П – скорость набегающего потока, м/сек;

d_н - наружный диаметр трубки, м;

Δt - температурный напор;

t_н - температура насыщенного пара при давлении конденсации, ºС;

t_с - средняя температура стенки, ºС;

В =549+7,05(-30) ^0,9.

В зависимости от состояния поверхности теплообмена на ней может происходить капельная или плёночная конденсация пара.

Стекающая плёнка конденсата обладает термическим сопротивлением, величина которого зависти от характера течения (ламинарное, турбулентное) и толщины плёнки.

При плёночной конденсации: α_П =6000…10000 ккал/м²·ч· ºС.

При капельной конденсации в условиях неподвижного пара: α_П=30000 ккал/м²·ч· ºС.

При движущемся паре и повышенных давлениях значение α_П доходит до 125000 ккал/м²·ч· ºС и выше.

Интенсивность конденсации пара на охлаждающей поверхности определяется характером двух процессов, протекающих одновременно: отвода тепла от поверхности и притока к ней частиц пара (массообмен). При конденсации пара содержащего неконденсирующие газы, интенсивность процесса определяется, главным образом, скоростью переноса частиц пара к охлаждающей поверхности (конвекция, диффузия).

Окисная плёнка на поверхности металла обладает дополнительным термическим сопротивлением и оказывает тормозящее действие на течение плёнки конденсата. Для окислённых, но не загрязнённых труб коэффициент теплоотдачи снижается на15-20% по сравнению с чистыми гладкими поверхностями.

Конденсаторы.

Для приближённых расчетов пользуются графиком (рис. 4-43 [7]); Нижние кривые определяют средний коэффициент теплопередачи k₀ для латунных трубок с наружными диаметрами 19, 22, 25мм при d _к =40кг/ м²·ч и t₁=21 ºС. По верхним кривым устанавливают значения поправочных коэффициентов β_t и β_d для заданного режима работы конденсатора.

Средний коэффициент теплопередачи вычисляют по формуле:

k =k₀ β_t β_d β_s.

Значения, полученные по графикам (рис. 38), несколько завышены, особенно для низких температур (<15 ºС) забортной воды.

Зависимости среднего коэффициента теплопередачи в главном конденсаторе ГТЗА типа ТС-1 показаны на рис.39.

 

Подогреватели питательной воды (ППВ).

В паровых ППВ коэффициент теплопередачи k определяется в зависимости от скорости воды в трубах w₁ и её средней температуры. Графики (рис. 4.45[7]) построены для подогревателей с латунными трубками d _н=19мм (при d _н =16мм k увеличивается на 21%, а при d _н =25мм уменьшается на 3%). На рис. 4.46[7] показана зависимость вида k=f(G_В,δt); δt – ТЕМПЕРАТУРНЫЙ НАПОР на выходе воды.