ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотрен вопрос о состоянии проблемы теплообмена при конденсации пара внутри параллельных каналов в условиях неравномерного теплосъёма по ходу движения охлаждающего воздуха, в частности, в воздушно-конденсационных установках. Обоснована актуальность и практическая значимость исследований в этой области.
Разработана собственная программа-модель воздушно-конденсационной установки. С её использованием выявлены зоны недостаточной эффективности работы поверхностного теплообменника, составляющие от 15% до 25% в зависимости от режима работы.
Разработана, изготовлена и налажена экспериментальная установка для исследования процесса конденсации пара в параллельных каналах. Проведены экспериментальные исследования процесса конденсации при удельных тепловых нагрузках до 10 кВт/м2, нагревах воздуха до 500С при атмосферном давлении насыщенного пара.
Экспериментально определены зоны неэффективной работы модели конденсатора в зависимости от тепловой нагрузки и расхода охлаждающего воздуха. Они составили от 35% до 42% длины труб первых рядов при тепловой нагрузке 4,8 кВт/м2, и от 5% до 27% длины при тепловой нагрузке 7 кВт/м2.
Определено условие, при котором все трубы работают эффективно по всей длине. Для этого необходимо, чтобы на выходе из первого ряда труб ВКУ паросодержание x>0, а из второго, третьего и четвёртого – x≥0.
Проведено сопоставление экспериментальных и расчётно-теоретических данных, подтвердившее наличие зон неэффективной работы и их зависимость от режимных параметров.
Проведены исследования натурной ВКУ на компрессорной станции «Чаплыгин», подтвердившие основные положения физической и математической моделей.
Полученные экспериментальные данные и разработанные математическая модель и программа расчёта ВКУ могут быть использованы в конструировании теплообменных аппаратов, основанных на конденсации пара в параллельных каналах, охлаждаемых воздухом.
Приложение 1 Часть текста программы Часть текста программы для расчёта первой по ходу охлаждающего воздуха трубки: while (X_vku<>0) and (ts>tv0) do begin ts:=ts-1; G1:=G10; z:=1; Re:=1; for j:=1 to N do tv[j]:=tv0; while (ts>tv0) and (Re>=1) and (G1>0.00001) and (z<=N1) and (X_vku<>0) and (ch<100) do begin pk:=wspROUGHRSWT(ts); Lk:=wspTHERMCONDSWT(ts); r:=wspRST(ts); pp:=wspROUGHRSST(ts); Dinvisp:=wspDYNVISSST(ts); Dinvisk:=wspDYNVISSWT(ts); Re:=(G1*4)/(3.14*Dv*Dinvisk); dt0:=ts-((ts+tv[z])/2); dt:=-1; flag:=false; while (abs(dt0-dt)>1) or (not flag) do begin aN1:=(r*pk*pk*9.8*Lk*Lk*Lk)/(4*wspDYNVISSWT(ts)*dt0*dl[z]*z); aN:=(4/3)*power(aN1,1/4); Ev:=power(Re,0.04); Et1:=(wspTHERMCONDSWT( ts-dt0 )/wspTHERMCONDSWT(ts))*(wspTHERMCONDSWT( ts-dt0 )/wspTHERMCONDSWT(ts))*(wspTHERMCONDSWT( ts-dt0 )/wspTHERMCONDSWT(ts)); Et2:=(wspDYNVISSWT(ts)/wspDYNVISSWT(ts-dt0)); Et:=power(Et1*Et2,1/8); p1:=Dinvisp*Dinvisp*pk/(Dinvisk*Dinvisk*pp); p2:=power(((4*G1)/(3.14*dv*Dinvisp)),2); p3:=power(((9.8*dv*dv*dv*pk*pk)/(Dinvisk*Dinvisk)),2/3); p4:=power(((4*G1)/(4*dl[z]*Dinvisk*3.14)),-0.28); p:=p1*p2*p4*Et/p3; a:=power(0.005*p+power(0.005*0.005*p*p+1,1/2),1/2); a:=a*aN*Et*Ev; if vp<>0 then begin e:=power((G10*vp)/G1,-0.04); a:=a*0.68*e; end; kx:=(1/KTOv)+(0.0001+(Dn*ln(Dn/Dv)/94)+0.0001+Dn/(Dv*a))*Phi; k:=1/kx;//коэф теплопередачи общий dt:=ts-tv[z]-k*(ts-tv[z])/KTOv; if (abs(dt0-dt)<0.1) then flag:=true else dt0:=dt; end; aN1:=(r*pk*pk*9.8*Lk*Lk*Lk)/(4*wspDYNVISSWT(ts)*dt*dl[z]*z); aN:=(4/3)*power(aN1,1/4); Ev:=power(Re,0.04); Et1:=(wspTHERMCONDSWT( ts-dt )/wspTHERMCONDSWT(ts))*(wspTHERMCONDSWT( ts-dt )/wspTHERMCONDSWT(ts))*(wspTHERMCONDSWT( ts-dt )/wspTHERMCONDSWT(ts)); Et2:=(wspDYNVISSWT(ts)/wspDYNVISSWT(ts-dt)); Et:=power(Et1*Et2,1/8); p1:=Dinvisp*Dinvisp*pk/(Dinvisk*Dinvisk*pp); p2:=power(((4*G1)/(3.14*dv*Dinvisp)),2); p3:=power(((9.8*dv*dv*dv*pk*pk)/(Dinvisk*Dinvisk)),2/3); p4:=power(((4*G1)/(4*dl[z]*Dinvisk*3.14)),-0.28); p:=p1*p2*p4*Et/p3; a:=power(0.005*p+power(0.005*0.005*p*p+1,1/2),1/2); a:=a*aN*Et*Ev; //a:=aN*Et*Ev; if vp<>0 then begin e:=power((G10*vp)/G1,-0.04); a:=a*0.68*e; end; kx:=(1/KTOv)+(0.0001+(Dn*ln(Dn/Dv)/94)+0.0001+Dn/(Dv*a))*Phi; k:=1/kx;//коэф теплопередачи общий e:=1-exp(-(k*F)/(1012*Gv0)); //на всю трубку Q11:=e*(ts-tv[z])*Gv[z]*1012; //на рассматриваемой части трубки dG:=Q11/r; ap1[z]:=a; k1[z]:=k; e1[z]:=e; if (dG>G1) and (z=N1) then begin tv[z]:=tv[z]+(dG*r/(Gv[z]*1012)); G1m[z]:=G1*1000; X_vku:=0; end; if (dG>G1) and (z G1m[z]:=G1*1000; z:=N1+1; end; if (G1-dG)>0 then begin tv[z]:=tv[z]+(dG*r/(Gv[z]*1012)); G1m[z]:=G1*1000; G1:=G1-dG; inc(z); end; end;{while (ts>tv0) and (Re>=1) and (G1>0) and (z<=N1) and (X_vku<>0) do} if X_vku<>0 then ЛИТЕРАТУРА
М.А.Михеев. Основы теплопередачи. Москва, «Энергия», 1977.
В.П.Исаченко. Экспериментальное исследование методов интенсификации теплопередачи при конденсации водяного пара на трубах, охлаждаемых водой. Отчёт МЭИ, 1962.
Р.У.Босворт. Процессы теплового переноса. Перевод с английского. Го.тех-теор. издат, 1957.
Р.Фергюсон, Д.Окден. Коэффициенты теплоотдачи для воды и пара в поверхностном конденсаторе. Доклады химического инженерного конгресса в Лондоне, 1936.
W.Nusselt. Die Oberflachenkondensation des Wasserdampfen. VDI, No.27, 1916.
Г.Н.Кружилин. Уточнение Нуссельтовской теории теплообмена при конденсации, 1937.
Д.А.Лабунцов. Теплоэнергетика. ИФЖ, №2, №7. 1957.
Н.В.Зозуля. Теплопередача и тепловое моделирование. М., 1959.
П.Л.Капица. Волновое течение тонких слоёв вязкой жидкости. 1.Свободное течение. 2.Течение и соприкосновение с потоком газа и теплоотдача. Ж.Э.Т.Ф , том XVIII, 1940.
С.С.Кутателадзе. Основы теории теплообмена. М., 1979.
С.С.Кутателадзе. Теплоотдача при конденсации и кипении. М., 1952.
С.Н.Фукс. Теплоотдача при конденсации пара в горизонтальном трубном пучке. Теплоэнергетика, Т.1, 1957.
В.П.Исаченко, Ф.Саломзода, А.А.Шалахов. «Теплоэнергетика». 1974.
Б.С.Петухов, Л.Г.Генин, С.А.Ковалёв, С.П. Соловьёв. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М. 1986.
D.F.Othmer. The condensation of steam. Ind. Eng. Chem., VDI, №6, 1925.
А.В.Гудемчук. Теплоотдача при конденсации пара на наклонной трубке. ВТИ, №12, 1935
Л.Д.Берман. Обобщение опытных данный по тепло- и массообмену между жидкостью и парогазовой смесью. Теплоэнергетика, №5, 1954.
Л.Д.Берман. Некоторые закономерности совместно протекающих процессов тепло- и массообмена в гетерогенных системах. . Теплоэнергетика, 1959.
О.О.Мильман, В.А.Фёдоров. Воздушно-конденсационные установки. М. 2002.
A.P.Colburn. Calculation of condensation with a portion of condensate layer in turbulent motion. Eng. Chem. 1934
C.G.Kikrbride. Heat transfer by condensing vapor on vertical tubes. Eng. Chem. 1934.
С.С.Кутателадзе. Опыт применения теории подобия к процессу теплоотдачи от конденсирующегося насыщенного пара. М., 1937.
L.A.Bromley. Effect of heat capacity of condensate in condensing. Ind. Eng. Chem. 1952
L.A.Bromley, R.S.Brodkey, N.Fishman. Heat transfer in condensation. Effect of temperature variation around a horizontal tabe. Ind. Eng. Chem. 1952
W.M.Rozenow. Heat transfer and temperature distribution on laminar film condensation. Trans. of ASME . 1956
E.M.Sparrow, J.L.Gregg. A Boundary-layer treatment of laminar-film condensation. Trans. of ASME . 1959
E.M.Sparrow, J.L.Gregg. Laminar condensation heat transfer on a horizontal cylinder. Trans. of ASME . 1959
Кох. Интегральный метод решения уравнений двухфазного граничного слоя при плёночной конденсции. Теплопередача. 1961
Чен. Аналитическое исследование процесса конденсации при ламинарном течении плёнки. Теплопередача. 1961.
V.E.Denny, A.F.Mills. Non similar solution for laminar film condensation on a vertical surface. International Journal Heat and Mass Transfer. 1968
К.Д.Воскресенский. Расчёт теплообмена при плёночной конденсации с учётом зависимости физических свойств конденсата от температуры. Изв. АН СССР, ОТН. №7. 1948.
Д.А.Лабунцов. О влиянии на теплоотдачу при плёночной конденсации зависимости физических параметров от температуры. Теплоэнергетика. 1957
G.Poots G., R.G. Mills. Effect of variable physical properties on laminar film condensation of saturated stream on a vertical flat plate. International Journal Heat and Mass Transfer. 1967
В.П.Исаченко. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия. 1977
Л.Д.Берман. Сопротивление на границе раздела фаз при плёночной конденсации пара низкого давления. ВНИИХиммаш. 1961
В.М.Бузник, В.А.Александров, Г.Ф.Смирнов. О влиянии сил поверхностного натяжения на коэффициент теплоотдачи при плёночной конденсации пара на горизонтальной трубе. Судостроение и морские сооружения - №5. 1967
С.С.Кутателадзе, В.М.Боришанский. Справочник по теплопередаче. ГЭИ, 1954
Справочник по теплообменникам/ под ред. Б.С.Петухова. М.: Энергоатомиздат. Т.
В.А.Фёдоров, О.О.Мильман, Конденсация в параллельных каналах при неравномерном распределении теплосъёма в различных зонах теплообменной поверхности. Материалы РНКТ, 2010
М.С.Красин, О.О.Мильман., Оценка погрешности измерений при обработке результатов школьного физического эксперимента. Калуга, 2006
А.И.Зайдель. Погрешности измерений физических величин. Наука, 1985.
Д.А.Лабунцов. «Обобщение теории конденсации Нуссельта на условия пространственно-неравномерного поля температур теплообменной поверхности». Труды МЭИ, 1965
Л.Д.Берман. «Теплоотдача при плёночной конденсации пара на поперечно обтекаемых горизонтальных трубах». М.: Энеергия, 1964
А.Ф.Глушков. «Аналитический расчёт теплообмена при плёночной конденсации пара с натеканием».М., 1970
В.П.Исаченко, А.Ф.Глушков. «О влиянии натекающего сверху конденсата на теплоотдачу при конденсации пара на горизонтальной трубе». Рига, 1979
Ф.Крейт., У.Блэк., «Основы теплопередачи». Пер. с англ. под ред. Н.А. Анфимовой., М.: Мир, 1983
О.Г.Мартыненко, Ю.А.Соковишин, «Свободно – конвективный теплообмен»: справочник. Минск: Наука и техника, 1982
А.А.Гухман. «К теории теплообмена в потоке свободно движущегося газа». – Труды гос. Физ.-техн. лаб., 1926
А.А.Гухман. «Физические основы теплопередачи». Л. – М.: 1926
А.А.Промыслов. «Обобщение теории конденсации Нуссельта на условия натекания на теплообменную поверхность произвольного количества конденсата». Л., 1975
И.С.Бадылькес. «Рабочие вещества и процессы холодильных машин». М.: Госторгиздат, 1962
«Справочник по физическим свойствам газов и жидкостей». Под ред. Н.Б.Варгафтика. М., 1972
А.В. Лыков. «Тепломассообмен»: справочник. М.:Энергия, 1978
С.С.Кутателадзе. «Теплопередача и гидродинамическое сопротивление»: справочное пособие. М.:Энергоатомиздат, 1990
Б.С.Петухов. «Теплообмен при движении в однофазовой среде». М.:МЭИ, 1993
И.И.Гогонин, А.Р.Дорохов, В.И.Сосунов. «Теплообмен при плёночной конденсации неподвижного пара». Новосибирск, 1980
И.Г.Шекриладзе. «Плёночная конденсация движущегося пара». 1964
Д.А.Лабунцов. «Теплоотдача при плёночной конденсации чистых паров на вертикальных поверхностях и горизонтальных трубах». Теплоэнергетика, 1957
В.Е.Накоряков, Б.Г.Покусаев, Е.Н.Троян, С.В.Алексеенко. «Течение тонких плёнок жиккости». Новосибирск, 1975
О.Г.Мартыненко, Ю.А.Соковишин. «Свободно – конвективный теплообмен на вертикальной поверхности». Минск: Наука и техника, 1977
Г.Гребер, С.Эрк, У.Григулль. «Основы учения о теплообмене». М.: изд-во иностр. лит-ры, 1958
Х.Уонг. «Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров»: справочник. М.: Атомиздат, 1979
П.Х.Остхойзен. «Численные исследования некоторых трехмерных ламинарных свободно-конвективных течений». – Труды амер. о-ва инж. мех., 1976
Г.Г.Шкловер, В.П.Семенов, А.М.Усачёв. «Исследование теплообмена при течении конденсатной плёнки». Теплоэнергетика, 1983
В.Х.Мак-Адамс. «Теплопередача». М.:Металлургиздат, 1961
Г.Б.Петражицкий, Ф.В.Клюшников, Е.В.Бекнева. «Численные исследования свободно-конвективных циркуляционных течений в условиях высокоинтенсивной свободной конвекции». М.: Наука, 1975
С.Ф.Чистяков, Д.В.Радун. «Теплотехнические измерения и приборы». М.: Энергия, 1978
Б.С.Петухов. «Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах». М.: Энергия, 1967
В.К.Мигай. «Повышение эффективности современных теплообменников». М.: Энергия, 1980
Х.Хаузен. «Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрёстном токе». М.: Энергоатомиздат, 1981
В.А.Григорьев, В4.М.Зорин. «Справочник по теплотехническому эксперименту». Под ред. В.А.Григорьева. М.: Энергоатомиздат, 1988
А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Витт и др. «Теплотехника». Под ред. А.П.Баскакова. М.: Энергоатомиздат, 1991
В.Г.Сорокин и др. «Справочник сталей и сплавов». Под ред. В.Г.Сорокина. М.: Машиностроение, 1989
Х.Шенк. «Теория инженерного эксперимента». М.: Мир, 1972
С.С.Кутателадзе, И.И.Гогонин, Н.И.Григорьева, А.Р.Дорохов. «К определению коэффициента теплоотдачи при плёночной конденсации». Теплоэнергетика, 1980
О.П.Кассандрова, В.В.Лебедев. «Обработка результатов измерений». М.: Наука, 1970
В.Н.Зубарев, А.А.Александров. «Практикум по технической термодинамике». М.: Энергия, 1971
С.Н.Фукс. «Теплоотдача при конденсации движущегося пара в горизонтальном трубном пучке». Теплоэнергетика,1957
Г. Грабер, С. Эрк, У. Григуль. «Основы учения о теплообмене». Перевод с немецкого, инлит, 1953
|
