CC BY
45
- © В.А. Иодис, Р.И. Пашкевич, 2014
УДК 536.242
В.А. Иодис, Р.И. Пашкевич
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНДЕНСАЦИИ ВОДЯНОГО ПАРА НА ПОВЕРХНОСТИ В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ И ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
Представлен обзор результатов экспериментальных и аналитических исследований процесса конденсации водяного пара на поверхности в зернистом слое и пористой среде. Анализ показал необходимость экспериментального исследования процесса конденсации на поверхностях в зернистом слое, расположенных под разным наклоном к горизонту, а также исследования картины обтекания частиц зернистого слоя. Анализ результатов аналитических исследований конденсации водяного пара в пористых средах показал необходимость изучения процесса конденсации водяного пара на криволинейных (разнонаправленных) поверхностях в пористых средах, вывода аналитических зависимостей для параметров процесса теплоотдачи при конденсации водяного пара на шероховатых поверхностях в пористой среде. Ключевые слова: зернистый слой, пористая среда, горизонтальные и вертикальные цилиндры, пленочная конденсация водяного пара, гидрофобная и гидрофильная засыпка, эффект проскальзывания, застойные зоны конденсата, безразмерный коэффициент теплоотдачи, критерий Рейнольдса.
Основной задачей при разработке геотермальных месторождений и подсчете их запасов является оценка параметров тепломассопереноса в проницаемых горных породах, в том числе при конденсации пара. Для понимания этих процессов необходимо изучение закономерностей теплообмена при пленочной конденсации водяных паров в пористых средах.
1. Экспериментальные исследования
По данным, доступным авторам, первые отечественные экспериментальные исследования конденсации водяного пара при пленочной конденсации водяного пара на поверхности вертикальной трубы в зернистом слое выполнены А.Р. Богомоловым, П.Г. Петриком,
119
С.С. Азихановым и М.И. Шиляевым [1-5]. Позднее А.Р. Богомоловым и С.С. Азихановым [6, 7] были представлены исследования пленочной конденсации в зернистом слое на поверхности и вертикального и горизонтального цилиндров. Они основывались на исследованиях В.Г. Риферта (1981), В.А. Мухина, В.Е. Накорякова (1984), А.Р. Богомолова (l994), П.Т. Петрика (1995), А.В. Горина (1995) и П.В. Дадонова (2001), однако конденсировавшейся фазой в зернистом слое на горизонтальных, вертикальных и наклонных трубах являлись аммиак и хладоны R11, 227 и 113 [8-15].
Экспериментальные исследования [6, 7] теплообмена при пленочной конденсации водяного пара на горизонтальных и вертикальных цилиндрах в упаковке зернистого слоя проводили на автоматизированном стенде.
Список используемых обозначений:
Тза: — температуру насыщения, °С; Т — температуру стенки, °С; д — плотность теплового потока Вт/м2;
Д: — температурный напор, °С; а — коэффициент теплоотдачи, Вт/м2К.
Яе — число Рейнольдса; Ни — число Нуссельта; Бе — безразмерная степень недогре-ва на стенке; вг — число Грасгофа; Яа — число Релея; ва — число Галилея; Ла — число Якова; Ре — параметр процесса конденсации (локальный); Рг — число Прандтля; Оа — число Дарси; Ре — число Пекле; 6 — контактный угол смачивания, V — кинематическая вязкость, м2/с; ц — коэффициент динамической вязкости, Па-с;
L — характерный линейный размер (длина трубы), м;
п = 0 для клина, п = 1 для конуса. 5 — переменная подобия.
д — ускорение свободного падения, м/с2;
Д. — инерционный член пористой среды;
в — константа, связанная как с величиной и направлением нормальной скорости на стенке. к — теплопроводность, Вт/м-К; Т — температура стенки, К; Д — толщина пленки конденсата, м; 8С , 50 — безразмерные толщины конденсата на краю и в центральной точке пластины; ^ — половина длины пластины, м; |1еН — эффективная вязкость конденсата в пористом слое, кг/м-с; е — пористость слоя; Н — высота (слоя засыпки), м; г — скр^1тая теплота фазового перехода, Дж/кг;
Д — диаметр, м Индекс:
— верхние
* — модифицированный; □ — среднее значение величины;
— нижние
{ — пленка конденсата;
120
К — проницаемость пористой среды; р — плотность жидкости, пара, кг/м3;
а — температуропроводность конденсата, м2/с;
ф — угол наклона поверхности, х — координата, вдоль наклонной поверхности, м. С — постоянная;
— теплота парообразования, Дж/кг;
-р!'
- теплоемкость конденсата при
постоянном давлении, Дж/кг-К; П, Пб — безразмерная толщина пленки;
ь — горизонтально ориентированный (труба);
и — вертикально ориентированный (труба);
— эффективные свойства, обусловленные наличием пористой области;
I — жидкая фаза;
„ — паровая фаза; ш — шар;
х — локальное (местное) значение величины.
Стенд (рис. 1) состоял из двух соединенных между собой со смещением цилиндрических емкостей, выполнявших роль кипятильника и конденсатора. В полости кипятильника [6] был установлен змеевик из медной трубки, в который насосом подавалась горячая вода из термостата. Кипятильник в работе [7] представлял собой электрический нагревательный элемент. В качестве рабочего участка использовались две медные трубки наружным диаметром О = 8 мм и L = 400 мм. В полость между чехлом и трубкой засыпался зернистый слой, состоящий из стеклянных шариков, ^ = 3,2 мм с частично (контактный угол около 87^90°) и полностью смачиваемыми поверхностями (контактный угол около 17^19°) [6]. Другая трубка (контрольная) служила для проверки чистоты эксперимента. Отвод тепла при конденсации от рабочего участка осуществлялся охлаждающей водой, поступающей из бака постоянного уровня. При помощи шарнирной опоры обеспечивалась возможность устанавливать рабочий участок под различными углами к горизонту (0, 90°).
В ходе эксперимента измерялись: температура стенки рабочего участка при помощи десяти хромель-копелевых термопар, температура охлаждающей воды на входе и выходе из рабочего участка, давление в рабочем объеме датчиком давления «Сапфир» и расход охлаждающей жидкости расходомером РС-5. Для визуального наблюдения за процессом и для контроля уровня жидкости в корпусе конденсатора и кипятильника были установлены окна с кварцевыми стеклами.
121
Датчик ЗаЬлЕния
Рис. 1. Схема экспериментальной установки [1-8]
Данные измерений позволяли рассчитать температуру насыщения, плотность теплового потока, ц (по изменению энтальпии охлаждающей воды), температурный напор, Дt (как разность между температурой стенки и температурой насыщения) и средний коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке трубы, а.
Результаты экспериментов показали, что значения безразмерного коэффициента теплоотдачи при конденсации, полученные для вертикальной трубы в засыпке (табл. 1), диапазона Не/ от 70 до 380, превышают значения модифицированного критерия Нуссельта для гладкой (контрольной) трубы в 2-5 раза (рис. 2).
В случаях с гидрофильной (полное растечение капли конденсата) и гидрофобной (частичное растечение) засыпкой, для диапазона чисел Не/ = 70-150 коэффициент теплоотдачи соответствует закономерности Ни*/1У (см. табл. 1), а в диапазоне значений критерия
Таблица 1
Экспериментальные зависимости для коэффициента теплоотдачи на поверхностях вертикальной и горизонтальной труб в зернистом слое, полученные в работах [6, 7]
Авторы Тип поверхности, контактный угол смачивания Критерий Яе, Критерий
Богомолов А.Р. (2009) [6], Азиханов С.С. (2009) [7] Вертикальная труба, засыпка — стеклянные шары, < = 3,2 мм
- гидрофобная засыпка, Дt = 18-70 °С Re, = qL/r-ц Nu*f 1V » Re-1; Nu*f 2v = 92,5Re-1
Ref < 150
Ref > 150 Nu*f 3v » Re-1/3; Nu*f 4v = 2,92Re-1/3
- гидрофильная засыпка, Дt = 6-45 °С Ref < 150 Nu*f 5v = 92,5Re-1
Ref >150 Nu*f 6v = 3,54 Re-1/3
Горизонтальная труба, засыпка — стеклянные шары, < = 3,2 мм
- гидрофобная засыпка, Дt = 18-70 °С Re, = qL/r-ц Nu*f 1h = Re-1
Ref = 4-8
Ref = 8-20 Nu*f 2h = 0,15 (const)
- гидрофильная засыпка, Дt = 6-45 °С Ref = 3,5-8 Nu*f 3h = 0,717Re-1/3
Ref = 8-12 Nu*, 4h не зависит от Re
Ref = 22 Nu*f 5h = 0,21
Горизонтальная труба, гладкая, Дt = 12-35 °С Ref = 1,1-25 Nu*f 6h = 1,1Re-1/3
123
Ref от 150 до 380 соответствует закономерности Nu*f3v (табл. 1). При этом переход от одной закономерности к другой происходит ориентировочно при Ref « 150. Экспериментальные данные при данном переходе закономерностей для гидрофильного зернистого слоя обобщаются зависимостью Nu*f 6v (табл. 1), а для гидрофобного слоя сказывается эффект проскальзывания конденсата в порах зерен и данные обобщаются — Nu*f 4v (табл. 1).
Как показывают исследования, эффект проскальзывания конденсата при гидрофобной засыпке в области Ref = 150^380 не влияет на теплоотдачу. Причина в том, что теплопередающая поверхность пленки при невысоких значениях расхода конденсата незначительно соприкасается с поверхностью шаров засыпки при смачивании. Похожая ситуация складывается, когда за счет сил поверхностного натяжения образуются застойные зоны, заполненные конденсатом в предельных, ограниченных, не вымываемых потоком, областях контакта шаров со стенкой, по которой стекает пленка.
Автор [6] отмечает, что при достижении некоторых критических малых значений чисел Re следует ожидать автомодельность теплообмена от этого критерия в силу того, что при данных условиях, сплошной пленки на стенке образоваться не может. Таким образом,
1,4 1,2 1
%0,8 I
0,6 0,4 0,2 0
65 115 165 215 265 315 365
Ref
Рис. 2. Зависимость Nu*f v от критерия Ref для вертикальной поверхности. 1, 3 — гидрофобная и гидрофильная засыпка, Nu*f 2v = 92,5Re-1; 2 — гидрофобная засыпка, Nu*f 4v = 2,92Re-1/3; 4 — гидрофильная засыпка, Nu*f 6v = 3,54 Re1/3; 5 — гладкая труба, Nu*f 6v = 1,1Re-1/3
124
проведенные экспериментальные исследования [6, 7] процесса пленочной конденсации водяного пара на поверхности вертикальной трубы в гидрофильной засыпке, показывают, что происходит существенная интенсификация теплообмена по сравнению с гладкой трубой — в 5 раз, гидрофобность же засыпки оказывает снижающее действие на интенсивность теплоотдачи, которое составляет около 20% (рис. 2).
При проведении экспериментов при пленочной конденсации на горизонтальной трубе, упакованной в зернистый материал с различным контактным углом смачивания 9 (17^19°, 87^90°), процесс осуществляли в диапазоне температур ^ = 100^140 °С, At для гладкой трубы 12^35 °С, для трубы с гидрофильным слоем At = = 6^45 °С и с гидрофобным слоем — At =18^70 °С.
Опытные данные для гладкой горизонтальной трубы, удовлетворяют зависимости Ыи*- бь (табл. 1). Для процесса конденсации на горизонтальной трубе в зернистом слое при условии 9 = 17^19° имеет место три диапазона чисел Не-, отвечающее закономерностями теплообмена. При Не- = 3,5^8, с увеличением ц, безразмерный модифицированный коэффициент теплоотдачи, Ыи*- уменьшается пропорционально Не- ~1/3 с точностью до постоянной Ыи*- зЬ (табл. 1). В диапазоне чисел Не- = 8^12, а не зависит от Не-. В указанном диапазоне с увеличением ц происходит скачкообразное снижение Ыи*- (рис. 3).
Автор [6] полагает, что возникновение этого «скачка» происходит при переходе от режима течения конденсата по поровым каналам без полного их заполнения по сечению, к состоянию полного заполнения и, как следствие, затопления зернистого слоя до определенной высоты. При дальнейшем увеличении теплового потока, вплоть до Не- = 22, критерий Ыи*- 5Ь практически не изменяется и остается равным 0,21, т.е. предполагается, что количество конденсирующегося пара эквивалентно количеству удаляемого конденсата от поверхности охлаждения зернистым слоем, т.е. устанавливаются условия постоянства средней эффективной толщины пленки.
В условиях 9 = 87^90° для горизонтальной трубы процесс конденсации водяного пара характеризуется двумя режимами, и, соответственно, двумя закономерностями в исследуемом диапазоне Не- = 4^20. В указанном диапазоне а уменьшается пропорционально Не--1. Численные значения находятся ниже значений, соответствующих процессу конденсации для гидрофильного слоя. Начиная с
125
Рис. 3. Зависимость Nu*f v от критерия Ref для горизонтальной поверхности. 1 — гидрофобная засыпка, Nu*f 1h = Re-1; 2 — гидрофобная засыпка, Nu*f 2h = 0,15 (const); 3 — гидрофильная засыпка: Nu*f 3h = 0,717Re-1/3; 4 — гдадкая труба, Nu*f 6v = 1,1Re-1/3
чисел Рейнодьдса Re > 8, с увеличением тепдового потока Nuf 2h постоянен и равен 0,15 вплоть до Re = 20 (табл. 1, рис. 3). Видно, что теплообмен в этом случае осуществляется хуже, чем в засыпке при хорошей смачиваемости поверхности зерен.
Автор [6] пришел к выводу, что меньший коэффициент теплоотдачи для частично гидрофобного слоя по сравнению с гидрофильным в исследуемом диапазоне тепловых потоков на горизонтальной трубе связан с большей эффективной толщиной пленки в верхней части трубы из-за наличия выпуклых менисков и с режимом течения в поддонной части трубы.
Проведенные экспериментальные исследования теплообмена [6] при пленочной конденсации водяного пара на поверхности горизонтальной трубы в гидрофильной засыпке показывают снижение интенсификации теплообмена по сравнению с гладкой трубой — в 1,5 раза, а при гидрофобной засыпки он снижается на 30% (рис. 3).
2. Аналитические исследования
Cheng [16] исследовал стационарную пленочную конденсацию на охлажденной поверхности клина и конуса, помещенного в пористую среду, заполненную сухим насыщенным паром. При этом предпо-
126
лагалось, что между конденсатом и паром имеется четкая граница, отсутствует двухфазная зона и конденсат характеризуется постоянными свойствами. Было получено выражение для локального числа Нуссельта, Nux пропорционально числу Релея, Rax j и безразмерной толщине пленки конденсата, зависящая от безразмерной степени недогрева конденсата, Sc (табл. 2).
Cheng и Chui [17] рассмотрели нестационарную задачу конденсации и изменения параметров теплообмена при конденсации на вертикальной пластине в пористой среде. На основе интегрального метода Кармана-Польгаузена было показано, что основным уравнением конденсации является гиперболическое уравнения первого порядка. Аналитическое решение было получено на основе метода характеристик. Было получено выражение для локального числа Нуссельта, Nux, обратно пропорционально числу Якоба, Ja и пропорционально локальному параметру процесса конденсации, Pcx (табл. 2).
На основании аналитических исследований [16, 17], Ebinuma и Nakayama [18] получили выражение для локального числа Нуссельта, Nuxl, с учетом инерционного члена пористой среды, D, путем введения модифицированного числа Грасгофа, Gr, и выражение Nux2 [19] для переходного режима пленочной конденсации в пористой среде на вертикальной поверхности с отличным от нуля боковым массовым потоком конденсата (табл. 2).
В 1992 г. Nakayama [20] исследовал процесс пленочной конденсации на вертикальной плоской пластине в пористой среде, при ее течении не подчиняющимся закону Дарси, в присутствии как силы тяжести, так и внешней принудительной циркуляцией. Были получены четыре асимптотические решения для четырех режимов — вынужденная конвекция (модель Дарси), вынужденная конвекция (модель Форхгеймера), режим преобладания силы тяжести (модель Дарси) и режим преобладания силы тяжести (модель Форхгеймера). Оказалось, что для режимов с преобладанием вынужденной конвекции локальное число Нуссельта прямопропорционально числу Релея, Rax, а при преобладании силы тяжести числу Пекле, Pex (табл. 2).
Masoud, Al-Nimr и Alkam [21] использовали инерционный член пористой среды для построения математической модели конденсации пленки на вертикальной пластине, вложенной в пористую среду. Авторы представили аналитические решения (табл. 2), описываю-
127
щие поведение пленки конденсата (толщины, А), массового расхода конденсата и локального коэффициента теплоотдачи, ах.
Для горизонтальной пластины, покрытой пористым слоем Wang, Chen и Yang [22] представили результаты аналитических исследований (табл. 2) в терминах — безразмерного коэффициента теплоотдачи Nu, безразмерной толщины конденсата 8* и отношения безразмерных толщин конденсата на краю 8* и в центральной точке пластины 80*.
Результаты показали, что среднее число Нуссельта, Nu увеличивается с ростом отсоса конденсата в пористую среду на поверхности пластины и это функция различных величин, параметров — числа Дарси, Da, числа Якова, Ja, числа Прандтля, Pr, изменение числа Рэлея для пористой среды, Ra (табл. 2).
Chang [23] изучил проблему устойчивой пленочной конденсации на горизонтальном диске, вставленном в пористую среду, заполненную паром. В исследовании предполагалось, что свойства пористой среды, пара и конденсата постоянны, а инерцией в жидкой пленке пренебрегают. Результаты исследований показали, что среднее число Нуссельта, Nu (табл. 2) увеличивается при более высоких значениях параметра капиллярности, Boc (отношение капиллярных сил и силы тяжести). Параметр капиллярности вводился для характеристики потока жидкости, высокое же значение Boc вызывает меньшую толщину пленки конденсата и более высокую эффективность теплоотдачи. Было определено, что среднее число Нуссельта на 75% выше, чем в случае конденсации на горизонтальной плоской пластине в пористой среде без эффектов капиллярных сил.
Заключение
Обзор показал преобладание аналитических исследований конденсации водяного пара в пористых системах над экспериментальными, а в доступных авторам зарубежных источниках — их отсутствие. В процессе конденсации водяного пара в зернистом слое основное влияние на процесс теплоотдачи оказывает материал, форма упаковки, размеры частиц слоя, контактный угол смачивания поверхности, положение поверхности с зернистым слоем относительно горизонта. В процессе проявляется эффект проскальзывания конденсата, когда при смачивании теплопередающая поверхность пленки при невысоких значениях расхода конденсата незначительно соприкасается с поверхностью частиц зернистого слоя (шаров). В областях контакта 128
Таблица 2
Аналитические и критериальные зависимости для безразмерного коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации на поверхностях в пористых средах, полученные в [16-3]
Авторы Тип поверхности в пористой среде Критерии Nu, Ra, Ja, Gr, Gr \ Re*, Da, Pe, Pr, Ga
Cheng Р. (1981) [16] Поверхности клина и конуса (1 + 2Sc/ji)1/2/Ra ,(2n +1) Js ■ c 2n + 1 Pa ^(Pl-p„)gcos<|)x 2 h«,
P. Cheng и D.K. Chui. (1984) [17] Вертикальная пластина Nu =iCi4-C+1]T/V; Pc = x {2{ 6 Ja J J x ц,а, _Cp (3(Ja + 2) + V(9(Ja + 2)2-4Ja(2Ja + 3)) i * sat s'' С — - К Ja
С. D. Ebinuma, A. Nakayama (1990) [18] Вертикальная поверхность Nux = 1 w D (1 + 4Gr)1/2 -1 JH-ГЬ""' 2Gr
С. D. Ebinuma, A. Nakayama (1990) [19] Вертикальная поверхность Nu = X 1 > Pcf; y = v,n,/vvnv
Nakayama А. (1992) [20] Вертикальная пластина - при г Nux = реобладании принудительной конвекции: У 1 | iy/2r(l + 4Gr* + 4Re* + 4yRe*2)1/2-ll1/2lp;il/2 lv2Ja + ;tJ 2Gr * Эх ' ч )
Авторы
Тип поверхности в пористой среде
Критерии N11, Иа, Ла, вг, вг*, Ие*, Ба, Ре, Рг, ва
Иакауата А. (1992) [20]
Вертикальная пластина
■ при преобладании силы тяжести:
N11.
1 1
-+ —
2Ла л
1/2
(1 + 4вг * + 4 Яе* + 4у Ке*2)1'2 -1
1/2 Л
2Кеа
Ре1'2
ё. А. МаБоис1, М. А. А1-№тг, М. К. А1каш (2000) [21]
Вертикальная пластина
К,
/,еН 8 -
и У,(Г5, -т5)у/4
N11.
4У,(Та( - Т.)
ч1/4
Б.-С. \Л/апд, С.-К. СЬеп, У.-Т. Уапд (2006) [22]
Горизонтальная пластина
Ии =
8*о =
28рРайа
Ла
лУ/2
1-^ о*
V °о)) Ыа
ч1/3
(20аКа(1 -8*/5*)(2 +8*/5*)2)
5* = (5*5/2(0,5(1 - 5; / 5*)ОаКа/Л)1/2)/15
6(5;/5*0)2+8
к '
14/
'0_ _ о*
; °о - г > °с
о* 2о_ + 16
с-* Оп У
0
СЬапд, Т.-В. (2006) [23]
Горизонтальный диск
1/2
гт— „ [ КаБа .
Богомолов А. Р. (2009) [6]
Вертикальная труба
3 [Н] Л 121-8
шаров со стенкой, по которой стекает пленка могут образовываться застойные зоны, заполненные конденсатом, что отрицательно влияет на процесс теплообмена.
Обзор экспериментальных исследований конденсации водяного пара в зернистых слоях показал необходимость:
1. визуального изучения процесса конденсации на поверхностях, помешенных в зернистые слои под разным наклоном к горизонту;
2. исследования картины обтекания частиц зернистого слоя, изготовленных из различных материалов, формы упаковки, различного размера частиц слоя, различного контактного угла смачивания поверхности;
3. определения местных коэффициентов теплоотдачи при различных значениях критерия Рейнольдса конденсата, зон проявления эффекта проскальзывания, застойных зон конденсата.
Обзор аналитических исследований процесса конденсации водяного пара в пористых средах, показал необходимость:
1. изучения процесса конденсации водяного пара на поверхностях в пористых средах, плавно изменяюших свою ориентацию к горизонту;
2. вывода аналитических зависимостей для параметров процесса теплоотдачи при конденсации водяного пара на поверхностях в пористой среде, имеюших шероховатость.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богомолов А.Р., Азиханов С.С., Гуцал КВ., Темникова Е.Ю. Гидродинамика в конденсаторах с зернистым слоем // Известия Томского политехнического университета. — Томск, 2002. — Т. 305. — Вып. 2. — С. 66-71.
2. Петрик П.Т., Богомолов А.Р., Азиханов С.С., Тубольцева О.А. Режимы течения сконденсированной фазы от поверхности теплообмена, помешенной в зернистый слой // Ползуновский вестник. — Барнаул, 2004. — № 1. — С. 66-68.
3. Bogomolov A.R., Petrik P.T., Dvorovenko I.V. Condensation of Steam on a Vertical Tube in a Granulated Material // Microgravity sci. technol. XIX-3/4. — 2007. — P. 93-95.
4. ШиляевМ.И., Богомолов А.Р., ПетрикП.Т. Конденсация на поверхности вертикальной трубы, помешенной в зернистый слой, с различным контактным углом смачивания // Теплофизика и аэромеханика. — 2008. — Т. 15, № 2. — С. 269-279.
5. Азиханов С.С., Богомолов А.Р., Петрик П.Т. Исследование теплообмена и гидродинамики при конденсации водяного пара на вертикальной трубе в зернистом слое // Вестник КузГТУ. — 2009. — № 2. — C. 145-149.
131
6. Богомолов А.Р. Теплообмен и гидродинамика при конденсации пара в зернистых слоях с различным контактным углом смачивания: Автореф. дис. ... д-ра. тех. наук (01.04.14). — Барнаул, 2009. — 36 с.
7. Азиханов С.С. Влияние гидродинамики на теплообмен при конденсации пара на трубе в зернистом слое: Автореф. дис. ... канд. тех. наук (05.18.12). — Кемерово, 2009. — 19 с.
8. Риферт В.Г., Барабаш П.А., Голубев А.Б., Тобилевич А.Н., Тро-коз Я.Е. Интенсификация теплообмена в конденсаторах с горизонтальными трубами, оребренными проволокой // Холодильная техника. — 1981. — № 4. — С. 23-25.
9. Мухин В.А., Накоряков В.Е., Петрик П.Т., Сердаков Г.С. Конденсация пара на наклонной пластине, помещенной в пористую среду // Прикладная механика и техническая физика. — 1985. — № 5. — С.89-90.
10. Богомолов А.Р. Теплообмен при конденсации на трубах, погруженных в зернистый слой: Автореф. дис. ... канд. тех. наук (05.14.05). — Новосибирск,
1994. — 18 с.
11. Петрик П.Т., Богомолов А.Р. Теплообмен при конденсации на вертикальной трубе в зернистом слое // Прикладная механика и техническая физика. — 1995. — Т. 36, №6. — С. 102-107.
12. Горин А.В., Зарубин А.В., Михайлова Т.Н., Мухин В.А., Сиков-ский Д.Ф. Трение и массоотдача при поперечном обтекании цилиндра в зернистом слое и узкой щели // Прикладная механика и техническая физика. —
1995. — № 1. — С. 112-121.
13. Накоряков В.Е., Кузнецов В.В. Капиллярные явления, тепломассообмен и волновые процессы при двухфазном течении в пористых системах и засыпках // Прикладная механика и техническая физика. — 1997. — Т. 38, № 4. — С. 155-166.
14. Горин А.В., Егоров А.Ю., Накоряков В.Е., Чупин В.М. Естественная конвекция от цилиндра в узкой щели и пористой среде // Прикладная механика и техническая физика. — 1999. — Т. 40, № 1. — С. 140-150.
15. Дадонов П.В. Исследование теплообмена в конденсаторе с трубами в зернистом слое: Автореф. дис. ... канд. тех. наук (05.14.04). — Кемерово, 2001. — 20 с.
16. Cheng P. Film condensation along an inclined surface in a porous medium // Int. J. Hear Mass Transfer. — 1981. — Vol. 24, No. 6. — P. 983-990.
17. Cheng P., Chui D.K. Transient film condensation on a vertical surface in a porous medium // Int. J. Hear Mass Transfer. — 1984. — Vol. 21, No. 5. — P. 795-798.
18. Ebinuma C.D., Nakayama A. Non-Darcy transient and steady film condensation in a porous medium // Int. Comm. Heat Mass Transfer. — 1990a. — Vol. 17. — P. 49-58.
19. Ebinuma C.D., Nakayama A. An exact solution for transient film condensation in a porous medium along a vertical surface with lateral mass flux // Int. Comm. Heat Mass Transfer. — 1990b. — Vol. 17. — P. 105-111.
20. Nakayama A. A general treatment for non-Darcy film condensation // Int. J. W^me- und Stofffobertragung. — 1992. — Vol. 27. — P. 119-124.
132
21. Masoud S.A., AJ-Nimr M.A., Alkam M.K. Transient film condensation on a vertical plate imbedded in porous medium // Transport in Porous Media. — 2000. — Vol. 40. — P. 345-354.
22. Wang S.-C., Chen C.-K., Yang Y.-T. Steady filmwise condensation with suction on a finite-size horizontal flat plate embedded in a porous medium based on Brinkman and Darcy models // Int. J. of Thermal Sciences. — 2006. — Vol. 45. — P. 367-377.
23. Chang T.-B. Effects of capillary forces on laminar filmwise condensation on horizontal disk in porous medium // Applied Thermal Engineering. — 2006. — Vol. 26. — P. 2308-2315.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
'Иодис Валентин Алексеевич; НИГТЦ ДВО РАН; кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: asistent.07@mail.ru
'Пашкевич Роман Игнатьевич; НИГТЦ ДВО РАН; доктор технических наук; директор; e-mail: pashkevich@kscnet.ru
-'Научно-исследовательский геотехнологический центр ДВО РАН
UDK 536.242
EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL STUDIES OF WATER STEAM CONDENSATION ON THE SURFACE IN A GRAIN LAYER AND POROUS MEDIUM
1Iodis V.A.; Candidate of Technical Sciences; Senior Research Scientist, e-mail: asistent.07@ mail.ru
1Pashkevich R.I., Doctor of Technical Sciencts; Director; e-mail: pashkevich@ kscnet.ru
1Research Geotechnological Center, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences
The work presents the results of experimental and analytical studies of water steam condensation on the surface in a grain layer and porous medium represented in literature. The necessity of experimental study of condensation process on the surfaces in a grain layer located under a different inclination to the horizon and study of particles flow-around of a grain layer was shown. It is also necessity to study the process of water steam condensation on the curved (differently directed) surfaces in porous mediums and conclude analytic dependences for the parameters of heat transfer process under water steam condensation on the rough surfaces in a porous medium.
Key words: grain layer, porous medium, horizontal and vertical cylinders, film condensation of water steam, hydrophobic and hydrophilic layer, sliding effect, stagnation areas of condensate, nondimensional coefficient of heat transfer, Reynolds number.
133
REFERENCES
1. Bogomolov A.R., Azihanov S.S., Gucal K.V., Temnikova E.Ju. Gidrodinamika v kondensatorah s zernistym sloem, Izvestija Tomskogo politehnicheskogo univer-siteta, Tomsk, 2002, Vol. 305, Is. 2, pp. 66-71.
2. Petrik P.T., Bogomolov A.R., Azihanov S.S., Tubol'ceva O.A. Rezhimy tech-enija skondensirovannoj fazy ot poverhnosti teploobmena, pomeshhennoj v zernistyj sloj, Polzunovskij vestnik, Barnaul, 2004, No 1, pp. 66-68.
3. Bogomolov A.R., Petrik P.T., Dvorovenko I.V. Condensation of Steam on a Vertical Tube in a Granulated Material, Microgravity sci. technol. XIX-3/4, 2007, pp. 93-95.
4. Shiljaev M.I., Bogomolov A.R., Petrik P.T. Kondensacija na poverhnosti vertikal'noj truby, pomeshhennoj v zernistyj sloj, s razlichnym kontaktnym uglom smachivanija, Teplofizika i ajeromehanika, 2008, Vol. 15, No 2, pp. 269-279.
5. Azihanov S.S., Bogomolov A.R., Petrik P.T. Issledovanie teploobmena i gi-drodinamiki pri kondensacii vodjanogo para na vertikal'noj trube v zernistom sloe, Vestnik KuzGTU, 2009, No 2, pp. 145-149.
6. Bogomolov A.R. Teploobmen i gidrodinamika pri kondensacii para v zernistyh slojah s razlichnym kontaktnym uglom smachivanija. Avtoref. Dokt. Diss. [The hydrodynamics and heat transfer during condensation of steam in the granular layer with different contact angle wetting], Barnaul, 2009, 36 p.
7. Azihanov S.S. Vlijanie gidrodinamiki na teploobmen pri kondensacii para na trube vzernistom sloe. Avtoref. Kand. diss. sciences. [The influence of hydrodynamics on heat transfer in condensation of steam on the tube in the granular layer], Kemerovo, 2009, 19 p.
8. Rifert V.G., Barabash P.A., Golubev A.B., Tobilevich A.N., Trokoz Ja.E. In-tensifikacija teploobmena v kondensatorah s gorizontal'nymi trubami, orebrennymi provolokoj, Holodil'naja tehnika, 1981, No 4, pp. 23-25.
9. Muhin V.A., Nakorjakov V.E, Petrik P.T., Serdakov G.S. Kondensacija para na naklonnoj plastine, pomeshhennoj v poristuju sredu, Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika, 1985, No 5, pp. 89-90.
10. Bogomolov A.R. Teploobmen pri kondensacii na trubah, pogruzhennyh v zernistyj sloj. Avtoref.: Kand. diss. sciences. [Heat transfer in condensation on pipes immersed in the granular layer], Novosibirsk, 1994, 18 p.
11. Petrik P.T., Bogomolov A.R. Teploobmen pri kondensacii na vertikal'noj trube v zernistom sloe, Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika, 1995, Vol. 36, No 6, pp. 102-107.
12. Gorin A.V., Zarubin A.V., Mihajlova T.N., Muhin V.A., Sikovskij D.F. Trenie i massootdacha pri poperechnom obtekanii cilindra v zernistom sloe i uzkoj shheli, Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika, 1995, No 1, pp. 112-121.
13. Nakorjakov V.E., Kuznecov V.V. Kapilljarnye javlenija, teplomassoobmen i volnovye processy pri dvuhfaznom techenii v poristyh sistemah i zasypkah, Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika, 1997, Vol. 38, No 4, pp. 155-166.
14. Gorin A.V., Egorov A. Ju., Nakorjakov V.E., Chupin V.M. Estestvennaja kon-vekcija ot cilindra v uzkoj shheli i poristoj srede, Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika, 1999, Vol. 40, No 1, pp. 140-150.
134
15. Dadonov P. V. Issledovanie teploobmena vkondensatore s trubami vzernistom sloe. Avtoref. Kand. diss. sciences [Study of heat transfer in the condenser tubes in the granular layer], Kemerovo, 2001, 20 p.
16. Cheng P. Film condensation along an inclined surface in a porous medium, Int. J. Hear Mass Transfer, 1981, Vol. 24, No. 6, pp. 983-990.
17. Cheng P., Chui D.K. Transient film condensation on a vertical surface in a porous medium, Int. J. Hear Mass Transfer, 1984, Vol. 21, No. 5, pp. 795-798.
18. Ebinuma C.D., Nakayama A. Non-Darcy transient and steady film condensation in a porous medium, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 1990a, Vol. 17, pp. 49-58.
19. Ebinuma C.D., Nakayama A. An exact solution for transient film condensation in a porous medium along a vertical surface with lateral mass flux, Int. Comm. Heat Mass Transfer, 1990b, Vol. 17, pp. 105-111.
20. Nakayama A. A general treatment for non-Darcy film condensation, Int. J. Wärme- und Stofffübertragung, 1992, Vol. 27, pp. 119-124.
21. Masoud S.A., Al-Nimr M.A., Alkam M.K. Transient film condensation on a vertical plate imbedded in porous medium, Transport in Porous Media, 2000, Vol. 40, pp. 345-354.
22. Wang S.-C., Chen C.-K., Yang Y.-T. Steady filmwise condensation with suction on a finite-size horizontal flat plate embedded in a porous medium based on Brink-man and Darcy models, Int. J. of Thermal Sciences, 2006, Vol. 45, pp. 367-377.
23. Chang T.-B. Effects of capillary forces on laminar filmwise condensation on horizontal disk in porous medium, Applied Thermal Engineering, 2006, Vol. 26, pp. 2308-2315. EES
135
