Экспериментальное исследование теплообмена при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких и оребренных трубах

• Автор: Чиндяков, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПСЕВДОКАПЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАЦИИ
БИНАРНЫХ ПАРОВЫХ СМЕСЕЙ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1Л Непленочные режимы конденсации бинарных паровых смесей
1.2 Теплоотдача при псевдокапельной конденсации бинарных паровых смесей
1.3 Теплообмен при конденсации пара и паровых смесей на оребренных горизонтальных трубах
1.4 Выводы по главе 1 и задачи исследования
ГЛАВА И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕНА
ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВОЙ СМЕСИ ВОДА - ЭТАНОЛ НА ГЛАДКИХ
ТРУБАХ
3.1 Горизонтальная гладкая труба
3.2 Вертикальная гладкая труба
3.3 Анализ опытных данных по теплоотдаче
3.4 Результаты визуального исследования и скоростной фотосъемки процесса псевдокапельной конденсации
3.5 Термические сопротивления в процессе псевдокапельной конденсации
3.6 Обобщение опытных данных по теплоотдаче при конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких трубах
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРОВОЙ СМЕСИ ВОДА - ЭТАНОЛ НА ОРЕБРЕННЫХ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБАХ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ
П. 1.1. Погрешность измерения коэффициента теплоотдачи
«прямым» методом
П. 1.2. Погрешность измерения коэффициента теплоотдачи
«косвенным» методом
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТАБЛИЦЫ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ
П.2.1. Эксперименты на гладкой горизонтальной трубе
П.2.2. Эксперименты на гладкой вертикальной трубе
П.2.3. Эксперименты на оребренной горизонтальной трубе (я = 1,

П.2.4. Эксперименты на оребренной горизонтальной трубе (я =

П.2.3. Эксперименты на оребренной горизонтальной трубе (я = 3 мм)

ВВЕДЕНИЕ
Теплообменные аппараты, предназначенные для конденсации пара, широко используются в энергетике, химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Актуальной является задача уменьшения их габаритов и металлоемкости, в связи с чем применяются различные способы интенсификации теплообмена при конденсации, например, увеличение скорости пара или оребрение поверхности теплообмена. Весьма эффективным является такой способ интенсификации теплообмена, как переход от пленочного режима конденсации к капельному, что обычно осуществляется путем применения не смачиваемых конденсатом (для конденсации водяного пара - гидрофобных) поверхностей теплообмена. Основные методы создания гидрофобных поверхностей — это внесение гидрофобизатора в поток пара, нанесение на поверхность активаторов капельной конденсации на основе тефлона, имплантация ионов неметаллов. В научной литературе время от времени появляются сообщения об успешном применении в лабораторных условиях того или иного нового способа создания гидрофобных и супергидрофобных поверхностей, в последнее время - с применением нанотехнологий. Однако капельный режим конденсации на таких поверхностях не удается поддерживать в течение длительного времени из-за естественного засорения и разрушения гидрофобных покрытий, что ограничивает их практическое применение.
В то же время известно, что при конденсации бинарных паровых смесей возможен переход от пленочного режима конденсации к непленочным режимам, одним из которых является капельный (точнее -псевдокапельный), который реализуется на смачиваемой поверхности теплообмена. Это явление, основанное на эффекте Марангони, наблюдается при конденсации паровых смесей неограниченно смешивающихся жидкостей с достаточно сильно различающимися коэффициентами поверхностного натяжения и было обнаружено в начале 1960-х годов. Однако так как при

величинах Су и ДТ. Этот результат, в частности, показывает, что при сравнении различных опытных данных по псевдокапельной конденсации необходимо обязательно учитывать величину градиента температуры вдоль поверхности теплообмена, при котором были получены эти данные.
В опытах по конденсации паровой смеси вода-этанол на вертикальной пластине при скорости смеси 4 м/с с ростом давления от 31,16 кПа до 84,53 кПа в работе [33] наблюдалось некоторое увеличение коэффициентов теплоотдачи. При этом влияние роста давления на теплоотдачу при самых низких (су = 0,5% и 1%) и самых высоких {cv = 22% и 50%) массовых концентрациях этанола было слабее, чем при с„=5,1% и 9,83%.

Ч-; 1200 у 1

800 600 400 200

100 50
0 5 10 15 20 25 30 35 40
лТ : К
Рис. 1.14. Результаты измерений теплоотдачи при конденсации паровой смеси вода-этанол на вертикальной трубе [33]
(а) Л
Р-84.52кПа 11=4 м-с
с=о.о% г
С=0.5%
С=1.0%
С=2.0%
С=5.0%
С=10.0%
020.0%
С=50.0%
МиэгеИ ЯеэиИ