Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе (стр. 4 )

Плёнка имеет сложный волновой характер движения, зависящий от числа Re и других факторов. Согласно [7], поправка на волновое течение с достаточной точностью является функцией от числа Рейнольдса:

                                               (1.15)

При малых Re поправка близка к единице. По мере увеличения Re её значение возрастает и при Re=400 . Число Рейнольдса относится к нижнему по ходу движения конденсата сечению плёнки.

Таким образом, для расчёта средних коэффициентов теплоотдачи при конденсации практически неподвижного чистого пара на вертикальных поверхностях может быть использована формула:

                                               (1.16)

где - коэффициент теплоотдачи, рассчитанный по формуле Нуссельта при отнесении всех физических параметров конденсата к температуре насыщения.

Учёт переохлаждения конденсата приводится в работах [22]. Он учитывает переохлаждение конденсата при определении числа Рейнольдса:

                                       (1.17)

Здесь - плотность теплового потока вязкость [Вт/м2];

- теплота парообразования [Дж/кг];

- динамическая вязкость [Па*с];

- число Кутателадзе;

В других работах поправка на переохлаждение конденсата учитывается при вычислении коэффициента теплоотдачи. Так Бромли [23] определяет коэффициент теплоотдачи следующим образом:

                               (1.18)

Для того чтобы существовал направленный поток пара к плёнке конденсата, должна существовать разность температур между насыщенным паром и внешней поверхностью плёнки. Величина этого температурного скачка зависит от вещества, давления и от величины коэффициента конденсации, введённым Кнудсеном. Он представляет собой отношение числа молекул, захватываемых поверхностью жидкости, к общему числу молекул пара, падающих на поверхность конденсата.

Помимо вышеназванного, вопросом определения коэффициента конденсации посвящён ряд работ, проанализированных в монографии [34]. В ней же приведены зависимости для температурного скачка и коэффициента конденсации.

Величина температурного скачка при конденсации водяного пара, как показал [35], невелика даже при относительно невысоких давлениях.

, , [36] сделали попытку учесть влияние поверхностного натяжения. Было обнаружено, что стекание конденсата осуществляется чаще всего отдельными струями и каплями, а не в виде сплошной плёнки. Ими установлено, что при значениях критерия Вебера W~1, коэффициент теплоотдачи увеличивается на 5% по сравнению с расчётом по зависимости Нуссельта.

На практике расхождение результатов опытных исследований с формулой Нуссельта может быть вызвано рядом причин:

неточность определения температуры стенки недостаточная стабилизация поверхности трубы влияние скорости пара присутствие в паре примеси неконденсирующихся газов.

Формула Нуссельта предполагает ламинарное течение плёнки конденсата. Введённые поправки учитывают волновой характер движения и переменность физических свойств конденсата на теплоотдачу. Таким образом, в результате развития теории ламинарной плёночной конденсации было показано, что основные допущения Нуссельта вполне справедливы и при некоторых ограничениях довольно хорошо описывают конденсацию для широкого диапазона жидкостей, наиболее распространённых на практике и в эксперименте.

С увеличением числа Рейнольдса возможен переход к турбулентному режиму течения. Влияние последнего на теплоотдачу было рассмотрено в работах [1], и др. В настоящей работе эти исследования не рассматриваются, так как описанные ниже опыты в воздушно-конденсационных установках были произведены при числах Рейнольдса ниже критического.

Конденсация движущегося пара

Впервые теоретические исследования по влиянию скорости пара на теплоотдачу провёл Нуссельт [5]. Он полагал, что при механическом воздействии пара на плёнку конденсата происходит утоньшение последней и, как следствие, уменьшение термического сопротивления. Он получил, что соотношение коэффициентов теплоотдачи подвижного и движущегося пара соответственно является функцией от параметра

                                               (1.19)

где                                                (1.20)

- скорость [м/с];

- объёмный вес [кг/м3].

Данное уравнение справедливо для пара, движущегося с одинаковой скоростью вдоль всей поверхности конденсации.

В реальности, при движении пара в ограниченных пространствах, в частности, в вертикальных трубах, его скорость всё время будет уменьшаться. Эту проблему попытался разрешить [11]. Его решение – введение геометрического параметра и относительное количество сконденсировавшегося на поверхности пара

                                               (1.21)

где и - расход пара на входе и выходе из участка соответственно.

В своей работе [11] он показал, что при малых в качестве значения скорости можно принять среднеарифметическое при входе и выходе из трубы. Также он полагал, что вид функции отношения коэффициентов теплоотдачи для горизонтальной трубы или пучка труб должен быть похож на вид функции для вертикальной трубы. Однако, при этом коэффициент сопротивления для каждого случая должен иметь свои численные значения.

Исследования [12] показали, что влияние скорости пара на коэффициент теплоотдачи является большим, чем следует из расчётов Нуссельта. Это можно объяснить тем, что механическое воздействие пара на плёнку вызывает возмущения последней и делает возможным переход течения плёнки от ламинарного к турбулентному. В связи с этим меняется перенос тепла через плёнку.

Опытные исследования влияния скорости насыщенного пара, движущегося в вертикальной трубе, на теплоотдачу были проведены на кафедре ТОТ МЭИ [13]. Согласно полученным данным, относительный коэффициент теплоотдачи может быть вычислен по формуле:

                               (1.22)