Исследование работы воздушно-конденсационных установок паротурбинных ТЭС при неравномерном теплоотводе (стр. 5 )

где                                (1.23)

;

;

;

- средняя в сечении х скорость пара. Физические параметры пара и конденсата, что соответственно обозначено индексами «п» и «ж», выбирались по температуре насыщения.

Вид уравнения определялся теоретически при некоторых упрощающих предположениях, а постоянные уточнялись по данным опытов с водяным паром примерно атмосферного давления. Числа Рейнольдса изменялись в пределах от 1800 до 17*103, чему соответствует диапазон скорости от 3,6 до 33,5 м/с. При расчёт можно вести по формулам для неподвижного пара.

Теплообмен при конденсации водяного пара в трубах воздушно-конденсационных установок удовлетворительно описывается формулой - [14, 19].

               (1.24)

Здесь x1 и x1 – массовое расходное паросодержание на входе и выходе из участка трубы; и - плотности жидкости пара при температуре насыщения.

Определяющим размером в Nu и Re является внутренний диаметр трубы dвн, при этом

                                               (1.25)

                                               (1.26)

Значение коэффициента С зависит от материала: для стальных труб С=0,024; для латуни С=0,026 и для меди С=0,032.

Теплофизические свойства определены при температуре насыщения жидкости.

Массовое расходное паросодержание на входе ВКУ x1, как правило, близко к 1, а массовое расходное паросодержание на выходе x2 зависит от схемы движения теплоносителей. Что касается ВКУ, то при наличии конструктивно выделенной зоны воздухоохладителя x2 может составлять 0,1...0,25.

В случае полной конденсации уравнение можно представить в более простом виде:

                       (1.27)

Эти формулы справедливы при Re>5*103, Prж>1, 0<x<1.

Теплоотдачу от воды к стенке трубы при турбулентном течении [14, 19] определяют по уравнению:

                               (1.28)

Определяющим размером в Nu и Re является внутренний диаметр трубы, определяющей температурой для расчёта теплофизических свойств – средняя температура жидкости для всех чисел, кроме числа Prс, в котором она берётся равной температуре стенки.

Последняя формула справедлива при длине трубы l/dвн>50, Re>7*103/

предлагает несколько иную формулу, отражающую аналогию Рейнольдса:

                               (1.29)

Здесь коэффициент сопротивления равен:

                                       (1.30)

А влияние нагрева и направление теплового потока учитываются:

                                               (1.31)

где n = 0,25 при охлаждении жидкости, n = 0,11 при её нагревании.

Полученные формулы достаточно сложны, так как приходится учитывать то обстоятельство, что конденсат течёт как вдоль трубы, так и по её окружности. При этом режимы течения пара и конденсата на различных участках трубы могут быть неодинаковыми. В то же время отсутствуют данные для определения границ участков с различными режимами течения плёнки конденсата. Все эти особенности процесса существенно затрудняют получение точных зависимостей.

Конденсация пара из паровоздушной смеси

В случае присутствия в паре неконденсирующихся газов, коэффициент теплоотдачи от пара к стенке значительно ниже в сравнении с конденсацией чистого пара. Впервые это обстоятельство было обнаружено Рейнольдсом и подтверждено другими исследователями [14, 10 и др.].

Уменьшение эффективности теплообмена связано с образованием пограничного слоя с повышенным содержанием неконденсирующихся газов на поверхности раздела фаз. В этом случае сопротивление при конденсации паровоздушной смеси может рассматриваться как состоящее из сопротивления плёнки конденсата и дополнительного сопротивления. На общую величину сопротивления влияет, помимо уже рассмотренных величин (температурного напора, скорости и пр.), концентрация неконденсирующихся компонентов. Однако даже небольшое содержание воздуха оказывает значительное дополнительное сопротивление.

Процесс конденсации пара при наличии в нём неконденсирующихся газов изучен недостаточно. Это объясняется сложностью постановки эксперимента с точным заданием значений параметров, сложной взаимосвязью состава смеси, гидродинамических и температурных условий на параметры теплоотдачи.

[15] и [16] исследовали конденсацию пара с содержанием воздуха. В их опытах происходила конденсация пара (практически неподвижного) на вертикальных трубках. Пар содержал некоторое количество воздуха. В результате определения коэффициента теплоотдачи было показано, что уже при незначительной концентрации воздуха коэффициент теплоотдачи значительно уменьшается. Так при содержании воздуха 0,005 было получено снижение коэффициента теплоотдачи почти вдвое.

Майзенбург, Боуртс и Ваднер [79] рекомендуют для случая плёночной конденсации полуэмпирическую зависимость в виде:

,                                        (1.32)

где - содержание воздуха.

и [17] получили зависимость для случая конденсации паровоздушной смеси при содержании неконденсирующихся газов в диапазоне 0,4-2% в виде:

                                               (1.33)

Следует отметить, что полученная зависимость имеет весьма ограниченную область применения в силу того, что не учитывает влияния на теплоотдачу скорости паровоздушной смеси, давления и пр.

[17], при рассмотрении теплообмена при конденсации паровоздушной смеси, пришёл к уравнению

                               (1.34)