Температуру определяют из условия: , где давление смеси принимается равным заданному, а парциальное давление воздуха:

, (3.21)

где – содержание воздуха в паре, %.

Сведём расчёты в таблицы:

Т а б л и ц а 3.32

Расчет , ,

p, МПа	, 0C	, МПа	, МПа	, 0C
0,007	39,02	0,00028	0,00672	38,24
		0,00056	0,00644	37,46
		0,00084	0,00616	36,64
0,07	89,96	0,0028	0,0672	89,12
		0,0056	0,0644	88,34
		0,0084	0,0616	87,51
0,7	164,96	0,028	0,672	164,12
		0,056	0,644	163,35
		0,084	0,616	162,57
7	285,8	0,28	6,72	284,98
		0,56	6,44	284,13
		0,84	6,16	283,38

Т а б л и ц а 3.33

Расчёт ε

p, МПа	, 0C	, 0C	, 0C	ε
0,007	39,02	38,24	35,02	0,750
			31,02	0,883
			29,02	0,930
			27,02	0,942
		37,46	35,02	0,610
			31,02	0,803
			29,02	0,882
			27,02	0,902
		36,64	35,02	0,410
			31,02	0,689
			29,02	0,813
			27,02	0,845
0,07	89,96	89,12	85,96	0,725
			81,96	0,908
			79,96	0,945
			77,96	0,954
		88,34	85,96	0,425
			81,96	0,742
			79,96	0,845
			77,96	0,871
		87,51	85,96	0,125
			81,96	0,558
			79,96	0,735
			77,96	0,779
0,7	164,96	164,12	160,96	0,620
			156,96	0,873
			154,96	0,924
			152,96	0,937
		163,35	160,96	0,160
			156,96	0,613
			154,96	0,768
			152,96	0,807
		162,57	160,96	-0,465
			156,96	0,345
			154,96	0,607
			152,96	0,672
7	285,8	284,98	281,8	0,570
			277,8	0,790
			275,8	0,874
			273,8	0,895
		284,13	281,8	-0,120
			277,8	0,360
			275,8	0,616
			273,8	0,680
		283,38	281,8	-1,055
			277,8	-0,085
			275,8	0,349
			273,8	1,003

При определении необходимого числа конденсатоотводчиков исходят из равенс ва коэффициентов теплоотдачи для вертикального и горизонтального расположения труб, но при этом необходимо учесть некоторое повышение интенсивности теплообмена на вертикальной стенке за счёт развивающегося волнового течения плёнки конденсата. Поэтому в уравнении (3.4) вместо коэффициента 0,943 вводят коэффициент 1,13. Тогда получаем связь:

, (3.22)

где – длина промежутка между конденсатоотводчиками на вертикальной стенке, м.

;

.

Отсюда число конденсатоотводчиков определяется так:

; (3.23)

Таблица 3.34

Расчёт

, м
0,1045	10	19
0,1161	9	17

Среднее значение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара на горизонтальном трубном пучке определяется по формуле:

; (3.24)

; (3.25)

Расчёт для шахматного расположения трубок в пучке:

.

Расчёт для коридорного расположения трубок в пучке:

.

Т а б л и ц а 3.35

Расчёт , при d = 0,018 м

p, МПа	Δt, 0C	·103, Вт/(м2·К)	·103, Вт/(м2·К)	·103, Вт/(м2·К)
0,007	4	13,622	11,271	10,705
	8	11,412	10,195	9,726
	10	10,951	9,826	9,318
	12	10,604	9,581	9,079
0,07	4	16,74	14,991	14,390
	8	13,979	12,005	11,548
	10	13,604	10,753	10,115
	12	12,446	10,201	9,771
0,7	4	18,72	16,297	15,563
	8	15,63	13,862	13,184
	10	14,847	12,294	11,738
	12	13,883	11,393	10,991
7	4	15,734	14,034	13,520
	8	12,79	11,242	10,780
	10	12,924	10,796	9,952
	12	11,865	10,446	9,709

Т а б л и ц а 3.36

Расчёт , при d = 0,02 м

p, МПа	Δt, 0C	·103, Вт/(м2·К)	·103, Вт/(м2·К)	·103, Вт/(м2·К)
0,007	4	12,731	10,275	9,708
	8	10,315	9,821	8,826
	10	10,026	8,753	8,518
	12	9,705	8,421	8,479
0,07	4	15,642	13,205	13,298
	8	13,012	11,894	10,245
	10	12,452	9,456	8,915
	12	11,713	9,102	8,471
Окончание таблицы 3.36
0,7	4	17,654	15,168	14,163
	8	14,821	12,421	11,884
	10	13,754	11,145	10,638
	12	12,965	10,894	9,491
7	4	14,845	12,945	12,320
	8	11,654	10,685	9,680
	10	10,786	9,465	8,752
	12	10,651	8,745	8,209

Мощность теплового потока при конденсации пара на пучке труб определяется по формуле, Вт:

, (3.26)

где F – площадь, м²:

, (3.27)

где п₀ – общее число труб в пучке.

Количество сконденсированного пара на трубном пучке:

, (3.28)

где r – удельная теплота фазового перехода, Дж/кг;

Q – мощность теплового потока, Вт.

Т а б л и ц а 3.37

Расчет Q и М для шахматного расположения трубок в пучке при d = 0,018 м

p, МПа	Δt, 0C				· 103, Вт/(м2·К)	l =1м					l =2м
						Q·106 , Вт		М ,кг/с			Q·106 , Вт		М,кг/с
0,007		4			11,271	0,1783		0,703309			0,3567		1,4066
		8			10,195	0,3226		1,34816			0,6453		2,6963
		10			9,826	0,3887		1,78457			0,7775		3,5691
		12			9,581	0,4548		2,86654			0,9097		5,7330
0,07			4		14,991	0,2372		0,94541			0,4744		1,8908
			8		12,005	0,3799		1,60072			0,7599		3,2014
			10		10,753	0,4254		1,93721			0,8508		3,8744
			12		10,201	0,4843		3,08503			0,9686		6,1700
0,7			4		16,297	0,2579		1,02248			0,5158		2,0449
			8		13,862	0,4387		1,82749			0,8774		3,6549
			10		12,294	0,4863		2,24805			0,9727		4,496
			12		11,393	0,5409		3,47022			1,0818		6,9404
Окончание таблицы 3.37
7			4	1,634			222,0965		1,34648	0,4441		2,6765
			8	1,242			355,8228		2,05214	0,7116		4,1885
			10	1,096			427,1329		2,46512	0,8542		4,9212
			12	1,046			495,9427		3,80545	1,4959		7,6130

Т а б л и ц а 3.38

Расчет Q и М для коридорного расположения трубок в пучке при d = 0,018 м

p, МПа	Δt, 0C	·103, Вт/(м2·К)	l =1м		l =2м
			Q·106 , Вт	М	Q·106 , Вт	М
0,007	4	10,705	0,16943	0,703309	0,33886	1,406618
	8	9,726	0,30783	1,34816	0,61566	2,69632
	10	9,318	0,36865	1,78457	0,7373	3,56914
	12	9,079	0,43104	2,86654	0,86208	5,73308
0,07	4	14,39	0,22773	0,94541	0,45546	1,89082
	8	11,548	0,36550	1,60072	0,731	3,20144
	10	10,115	0,40018	1,93721	0,80036	3,87442
	12	9,771	0,46389	3,08503	0,92778	6,17006
0,7	4	15,563	0,24629	1,02248	0,49258	2,04496
	8	13,184	0,41728	1,82749	0,83456	3,65498
	10	11,738	0,46440	2,24805	0,9288	4,4961
	12	10,991	0,52181	3,47022	1,04362	6,94044
7	4	13,52	0,2139	1,34648	0,4278	2,676504
	8	10,78	0,34119	2,05214	0,68238	4,18852
	10	9,952	0,39374	2,46512	0,78748	4,9212
	12	9,709	0,46095	3,80545	0,9219	7,61309

Т а б л и ц а 3.39

Расчет Q и М для шахматного расположения трубок в пучке при d = 0,02 м

p, МПа	Δt, 0C	·103, Вт/(м2·К)	l =1м		l =2м
			Q·106 , Вт	М	Q·106 , Вт	М
0,007	4	10,275	0,15363	0,6378	0,30726	1,2756
	8	9,821	0,27935	1,22341	0,5587	2,44682
	10	8,753	0,33700	1,63136	0,674	3,26272
	12	8,421	0,40255	2,6771	0,8051	5,3542
0,07	4	13,205	0,21044	0,87366	0,42088	1,74732
	8	11,894	0,32521	1,42426	0,65042	2,84852
	10	9,456	0,3885	1,88091	0,777	3,76182
	12	9,102	0,41556	2,76361	0,83112	5,52722
0,7	4	15,168	0,13326	0,553252	0,26652	1,106504
	8	12,421	0,41795	1,8304	0,8359	3,6608
	10	11,145	0,47057	2,27793	0,94114	4,55586
	12	10,894	0,44894	2,98557	0,89788	5,97114
7	4	12,945	0,14404	0,59799	0,28808	1,19598
	8	10,685	0,48004	2,1025	0,96008	4,205
	10	9,465	0,49144	2,3788	0,98288	4,7576
	12	8,745	0,52919	3,5188	1,05838	7,0376

Т а б л и ц а 3.40

Расчет Q и М для коридорного расположения трубок в пучке при d = 0,02 м

p, МПа	Δt, 0C	·103, Вт/(м2·К)	l =1м		l =2м
			Q·106 , Вт	М	Q·106 , Вт	М
0,007	4	9,708	0,15363	0,63781	0,30726	1,27561
	8	8,826	0,27935	1,22341	0,5587	2,44682
	10	8,518	0,337005	1,63136	0,67401	3,26272
	12	8,479	0,402555	2,6771	0,80511	5,3542
0,07	4	13,298	0,210445	0,87367	0,42089	1,74733
	8	10,245	0,324265	1,42011	0,64853	2,84021
	10	8,915	0,35271	1,70739	0,70542	3,41478
	12	8,471	0,402175	2,77458	0,80435	5,54915
0,7	4	14,163	0,224135	0,9305	0,44827	1,86099
	8	11,884	0,37614	1,6473	0,75228	3,29459
	10	10,638	0,42088	2,03738	0,84176	4,07476
	12	9,491	0,4506	2,99663	0,90120	5,99325
Окончание таблицы 3.40
7	4	12,320	0,19497	1,09415	0,38994	2,41883
	8	9,680	0,30638	1,34179	0,61276	2,68357
	10	8,752	0,34626	1,67618	0,69252	3,35235
	12	8,209	0,389735	3,11855	0,77947	6,2371

3.2 Графическая часть

Рисунок 3.1,

Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления конденсируемой среды

Рисунок 3.2,

Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления конденсируемой среды

Рисунок 3.3,

Зависимость коэффициента теплоотдачи от степени сухости пара при t=4⁰C

Рисунок 3.4,

Зависимость коэффициента теплоотдачи от степени сухости пара при t=12⁰C

Рисунок 3.5,

Количество сконденсированного пара при Δ t=4⁰C

Рисунок 3.6,

Количество сконденсированного пара при, t=12⁰C

3.3 Выводы

Конденсация пара – это процесс перехода пара в жидкое состояние или твёрдое. Конденсация пара встречается очень часто как в обыденной жизни ( дождь, снег), так и в технических процессах (в конденсаторах паровых турбин). Конденсация может осуществляться как в объёме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае конденсация может происходить как самопроизвольно, при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения, так и искусственно, путём введения охлажденных частиц. Во втором же случае конденсат образуется на поверхности теплообмена в виде плёнки, но в ряде случаев в виде отдельных капель. Поэтому различают плёночную и капельную конденсации пара. В этой работе рассмотрена плёночная конденсация пара.

На интенсивность теплообмена данного процесса влияют многие факторы.

1) При увеличении давления пара расстояние между молекулами уменьшается, это приводит к увеличению числа соударений их и как следствие к росту температуры пара. Чем больше давление, тем выше температура пара и температура его насыщения. Для конденсации пара на стенке трубы необходим температурный напор или разность температур между стенкой и температурой насыщения пара. Поэтому, чем выше давление и как следствие температура пара, тем меньше будет число молекул пара переходить в жидкое состояние, тоньше плёнка конденсата и ниже термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит интенсивность теплообмена возрастает.

2) Увеличение температурного напора ведёт к интенсификации конденсации из-за переохлаждения пара относительно температуры насыщения, утолщению плёнки, и как следствие – к уменьшению интенсивности теплообмена. Причём коэффициент теплоотдачи сильно снижается при увеличении температурного напора до определённого значения, дальнейшее снижение температуры стенки будет не так значительно влиять на коэффициент теплоотдачи.

3) Чем меньше влаги в паре, тем меньше молекул конденсируется на стенке, тем тоньше плёнка конденсата и меньше термическое сопротивление передаче тепла от пара к стенке, а значит и больше интенсивность теплообмена. Поэтому рост степени сухости ведёт к увеличению коэффициента теплоотдачи. Увеличение диаметра горизонтальной трубы ведёт к увеличению её боковой поверхности, а значит большее число молекул пара может сконденсироваться на стенке трубы, следовательно снижается коэффициент теплоотдачи.

4) Перегрев пара приводит к тому, что разность температур насыщения пара и стенки увеличивается , и меньшее число молекул сконденсирует на стенке. Увеличивая степень перегрева пара, улучшается теплообмен между стенкой и паром.

5) Плёнка образующегося на стенке трубы конденсата совершает волновое движение, которое происходит из-за воздействия на поверхность плёнки различных случайных возмущений. Частицы жидкости поверхностного слоя получают смещение, а силы поверхностного натяжения восстанавливают равновесие, так и происходит волновое движение плёнки. Оно может совершаться при увеличении скорости пара или давления. Волновое движение плёнки приводит к тому, что в одном месте плёнка будет иметь толщину меньше своего среднего значения, а в другом месте – большую, среднее же значение толщины по всей длине будет меньше чем толщина при отсутствии волны. А значит термическое сопротивление плёнки становится меньше. Это приводит к увеличению интенсивности теплообмена.

6) Наличие воздуха в паре значительно влияет на процесс теплообмена. Воздух при движении в паре образует воздушную плёнку на стенке, так поверхность трубы не смачивается, воздух обладает большим термическим сопротивлением, поэтому интенсивность теплообмена сильно снижается с увеличение содержания воздуха в паре.

7) Интенсивность теплообмена при шахматной компоновке труб больше, чем при коридорной, так как при движении потока пара между труб происходит значительная турбулизация потока и как следствие уменьшение толщины плёнки в результате её сноса и срыва. Однако пар при движении через шахматное расположение обтекает теплообменные поверхности труб лучше, чем при коридорном, поэтому большее количество пара конденсируется на поверхности труб.