Разработка методов интенсификации процессов теплообмена при конденсации пара в поверхностных и контактных теплообменниках

• Автор: Семенов, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 309 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ДИСКРЕТНАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА ВЕРТИКАЛЬНОМ РЯДЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБ
1.1. Теплообмен при конденсации пара в пучках горизонтальных труб
1.2. Характер течения конденсатной пленки
в горизонтальных трубных пучках
1.3. Дискретная модель стекания конденсата по трубам
вертикального ряда
1.4. Выводы
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ КОНДЕНСАТНОЙ ПЛЕНКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА ВЕРТИКАЛЬНОМ РЯДЕ КРУГЛЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБ
2.1. Экспериментальная установка, методика измерений
и проведения эксперимента
2.1.1. Методика измерений
2.1.2. Методика проведения экспериментов
2.1.3. Обработка опытных данных, оценка погрешности измерений
2.1.4. Методика кинематографического исследования
2.2. Влияние тепловой нагрузки на величину расстояния
между отрывающимися каплями
2.3. Исследование дискретного стекания конденсатной пленки
в горизонтальном трубном пучке
2.4. Исследование теплообмена при конденсации пара
на вертикальном ряде горизонтальных труб
2.4.1. Теплоотдача на одиночных горизонтальных
и наклонных трубках
2.4.2. Теплоотдача при конденсации пара на вертикальном ряде горизонтальных труб
2.5. Выводы
Глава 3. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА ГЛАДКИХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБАХ С ПЕРЕМЕННОЙ КРИВИЗНОЙ ПРОФИЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ
3.1. Постановка и общее решение задачи расчета теплообмена
при конденсации пара на трубах с переменной кривизной профиля
3.2. Теплообмен при конденсации на гладких горизонтальных трубах
с профилем сечения в виде логарифмической спирали
3.3. Оптимизация формы труб с логарифмическим профилем
поперечного сечения при конденсации пара
3.4. Теплообмен при конденсации неподвижного пара на гладких горизонтальных трубах с поперечным сечением произвольного профиля
3.5. Выводы
Глава 4. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА НЕКРУГЛЫХ НАКЛОННЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ ТРУБАХ
4.1. Влияние сил поверхностного натяжения на гидродинамику
и теплообмен при конденсации пара на наклонных некруглых трубах
4.2. Характер течения пленки и теплоотдача при конденсации пара
на вертикальных некруглых трубах
4.3. Выводы
Глава 5. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН В КОНТАКТНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКАХ
5.1. Гидродинамика и теплообмен между жидкостной пленкой и парогазовым потоком в реакционном пространстве
контактного теплообменника
5.2. Экспериментальная установка для исследования тепломассообмена между сплошной пленкой жидкости и поперечным потоком газа
5.2.1. Описание лабораторного стенда
5.2.2. Измерения и измерительные приборы
5.2.3. Методика проведения опытов
5.2.4. Методика обработки опытных данных
5.3. Модель тепломассообмена между газом и свободной
жидкостной пленкой, вытекающей из кольцевой щели
5.3.1.Нагрев жидкостной пленки чистым насыщенным паром
5.3.2.Нагрев свободной жидкостной пленки парогазовым потоком
5.3.3. Влияние неустойчивости течения свободной жидкостной
пленки на интенсивность тепломассообмена
5.4. Выводы
Глава 6. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОНТАКТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ
НАГРЕВАЕМОЙ ЖИДКОСТИ
6.1. Возможности применения контактных теплообменников
для утилизации теплоты уходящих дымовых газов
при их глубоком охлаждении
6.2. Исследование влияния рециркуляции жидкости
на тепловые характеристики контактных теплообменников
6.3. Рекомендации по применению контактного теплообменника
с рециркуляцией нагреваемой жидкости
6.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - коэффициент температуропроводности, м2/с; ср - изобарная теплоемкость, Дж/(кг-К);
Р - площадь поверхности трубы, м2;
Є, ЛЄ - удельный расход пара (конденсата), кг/(м2-с); g - ускорение свободного падения, м/с2;
її - просвет между соседними горизонтальными трубами вертикального ряда, м;
г - удельная теплота парообразования, Дж/кг;
5* - средняя площадь поверхности, залитой перетекающей по трубе каплей, м2; £ - температура, °С;
Дг - температурный напор, °С;
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 -К);
Г - линейная плотность орошения, кг/(м-с); у - удельный вес, Н/м3;
5 - средняя толщина конденсатной пленки, м;
г) - частота отрыва капель с единицы поверхности, (м2-с)'';
А. - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К);
I = тк8 - интеграл натекания, м2-с. к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 -К);
С,€г — вертикальный и горизонтальный шаги трубного пучка, м;
- капиллярная постоянная, м;
тк - масса отрывающейся капли, кг; Р - давление, Па;
Q — тепловой поток, Вт; д - удельный тепловой поток, Вт/м2;

Г,О Ofl
fO,e 0
0,3 0,2 OJ

6*/ -t

Рис. 1.3. Относительное изменение теплоотдачи по опытам с коридорным пучком [10]: а - расчет по Яновскому [48]; б - осреднение опытных данных
Влияние натекающего конденсата изучалось и в работе [14], где исследовался теплообмен при конденсации движущегося пара в горизонтальном трубном пучке. Основные параметры процесса (температура насыщения, число Рейнольдса, расход и температурный напор) изменялись в широком диапазоне. В экспериментальном конденсаторе располагались 72 латунные трубы, представляющие собой одиннадцатирядный шахматный трубный пучок с относительными шагами между трубами -tj/d = 1,475 и = 1,275. Рабочие участки труб с наружным диаметром 19 мм имели длину 522 мм, шесть труб в пучке, по одной в 1, 2, 3, 5, 7 и 11 рядах, имели термометры сопротивления для измерения температуры стенки. Для указанных труб измерялся расход и температуры охлаждающей воды. Температура насыщенного пара в опытах изменялась в диапазоне 31,5... 100,5 °С, число Ren перед первым рядом труб изменялось в пределах 500...6000, массовая скорость С0прп находилась в пределах 0,3...2,9 кг/(м2-с) перед первым рядом труб, температурный напор пар-стенка изменялся от 2,5 до 15 °С.