Конденсации пара в параллельных каналах
В [39] рассматривается физическая модель процесса для случая конденсации пара в параллельных каналах, а также математическая модель для 2-х параллельных каналов. Выполнен расчет, показывающий, что до 30% поверхности не участвуют в теплообмене. Это происходит из-за того, что пар с примесями неконденсирующихся газов, поступающий в первые по ходу воздуха трубки, конденсируется лишь на части поверхности. Следствием будет менее эффективное использование поверхности теплообменника и заметное переохлаждение конденсата на выходе из первых труб, а также опасность замерзания конденсата при отрицательных значениях температуры. На практике более актуально решение задачи для четырёх параллельных каналов.
На рисунке 1.3 показана качественная картина изменения средней температуры охлаждающей среды по мере движения ее в теплообменнике-конденсаторе. Пренебрегая зависимостью температуры насыщения tS от изменения давления, можно увидеть, что температурный напор, определяющий теплосъем с данной трубы, при прочих равных условиях уменьшается от первой  до последней  . Следовательно, расход и скорость пара в четвертой трубе должны быть меньше, чем в первой. Тогда возникает противоречие: перепад давления пара в первой трубе должен быть больше, чем в четвертой, тогда как в действительности перепад  одинаков во всех трубах.
Это противоречие разрешается по разному в зависимости от наличия или отсутствия в паре неконденсирующихся газов. В общем случае в первую трубу идет меньше пара, чем это определяется уравнением
 (1.53)
где  – расход пара и теплота фазового перехода (перегревом и переохлаждением пренебрегаем);
 - коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена трубы длиной l.
Рисунок 1.3 Распределение температуры охлаждающей среды
Если далее предположить, что в зоне конденсации коэффициент теплопередачи слабо зависит от скорости пара, то очевидно, что пар, поступивший в первую трубу, сконденсируется лишь на части поверхности, т.е. поверхность конденсации  для расхода  будет меньше  . Иными словами расход сконденсируется на длине  .
Рисунок 1.4 Качественная картина распределения потоков пара а) – чистый пар б) – с примесями неконденсирующихся газов
В идеальном случае для пара без примесей неконденсирующихся газов нижнюю часть первых труб должен заполнить пар, поступивший из последующих по ходу охлаждающей среды труб (см. рисунок 1.4. а).
При наличии неконденсирующихся газов, что характерно для вакуумных конденсаторов, эти газы накапливаются в нижней части первых труб, существенно снижая эффективность конденсации. Следствием будет менее эффективное использование поверхности теплообменника и заметное переохлаждение конденсата на выходе из первых труб (см. рисунок 1.4. б), а также опасность замерзания конденсата при отрицательных значениях температуры охлаждающего воздуха.
Выводы. Постановка задачи исследования
В настоящем обзоре обобщены теоретические и экспериментальные данные о конденсации водяного пара, работе воздушно-конденсационных установок. На основе анализа опубликованных работ сделан вывод об отсутствии достоверных данных по процессу теплообмена при конденсации пара внутри труб, особенно при числах Рейнольдса порядка 103 и ниже, о том, что не изучен механизм передачи тепла при конденсации в ряде параллельных труб.
С учётом вышесказанного, были поставлены следующие задачи:
Анализ механизма передачи тепла при конденсации в ряде последовательно расположенных труб охлаждаемым потоком воздуха.
Создание численной модели воздушно-конденсационной установки.
Проведение компьютерного исследования процесса конденсации пара в параллельных каналах воздушно-конденсационной установки.
Экспериментальная верификация результатов моделирования.
Сравнение полученных данных компьютерного моделирования и экспериментального исследования с экспериментальными данными по действующим воздушно-конденсационным установкам.
Разработка методики определения неэффективных зон работы ВКУ и выдача рекомендации по совершенствованию этих аппаратов.
|
