К определению плотности теплового потока при конденсации пара в горизонтальном пучке труб Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

т. 245 1975 г.

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА ПРИ

КОНДЕНСАЦИИ ПАРА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПУЧКЕ ТРУБ

Б. Ф. КАЛУГИН (Представлена научным семинаром кафедры ТЭУ)

При обычном способе определения необходимой поверхности охлаждения для конденсации заданного количества пара расчет ведется по схеме: задаются поверхностью охлаждения и проводят поверочный расчет, в котором определяют термические сопротивления при передаче тепла от пара к сгенке трубки, самой стенке, при передаче тепла от стенки к воде, затем коэффициент теплопередачи и проверяют размеры поверхности охлаждения. Расчет ведется методом последовательных приближений: задаются температурой охлаждающей воды на выходе из пучка, потом ее проверяют. Расчет получается громоздким и трудоемким, *

особенно, когда меняется число трубок в пучке. Рекомендуемая в [6] формула для коэффициента теплопередачи может применяться при температуре охлаждающей воды не выше 35° С.

В данной работе приводится зависимость для плотности теплового потока в более широком интервале температур. Расчет с использованием ее получается более простым и с малой затратой труда. Плотность теплового потока выражена через величины, которые применяются при анализе работы конденсаторов. При выводе формулы для плотности теплового потока были использованы из [1] зависимость для определения коэффициента теплопередачи от стенки к воде, из [2] зависимости для охлаждающей поверхности и осреднениого по поверхности пучка коэффициента теплоотдачи от пара к стенке труб. При выводе формулы ряд дробно-степенных зависимостей физических параметров воды от температуры и коэффициента трения в круглой трубе по [1] от температуры и скорости воды были аппроксимированы многочленами 1-й и 2-й степени. Рассматривается двухходовой пучок с коридорным расположением труб, пар подводится к ходам параллельно. Заданными величинами являются температура воды на входе в пучок 7Ь кратность охлаждения т}Ь расход пара <7К, температура насыщения давление, при котором осуществляется конденсация, удельный объем пара, поступающего в пучок скорость пара шп (выбираем сами или определяем из каких-то габаритных условий), шаг в горизонтальном ряду наружный (1п п внут- #

ренний ¿/в диаметры трубок, их длина /, коэффициент теплопроводности материала трубок количество тепла, отдаваемое каждым килограммом пара воде гк, доля от общего расхода пара, конденсирующаяся во втором ходе А.

Предполагается, чго в каждом ходе пар конденсируется полностью, и в работе участвуют все без исключения трубки. С паровой стороны сде-

ланы те же допущения, какие имеются в [2]. Для плотности теплового потока первого хода получена формула:

ы Stp\(RAtt + R3) S2i - 0,238RX (1 - A) dlrK], qi (0,238/?Л^2 + 45000) 4mK dH l

для второго хода:

1

[0,238fl4S10Z2 + 45000/(Äi,)l 4mKdH l

Рв2 ^я [(£4Д^2 + R3) S2i f(M2) ~ 0,238/?4Z; Arfg rK] . ,

— -Г^ - ^--, г-ГЧ^ 7 4 1 Л-T-i > \ '

для всего пучка:

до =-^-• (3)

(1-Д)«72 + Д?1

При равенстве числа трубок, а также йп, ёв, /, t по ходам расчет ведется по (2), при этом Д = ], 1-2, Д£2 берется уже для всего пучка.

В этих формулах р„1 и рв2 — плотность воды в соответствующем ходе, и М2 — среднелогарифмические разницы температур для соответствующего хода, определяемые по обычным зависимостям, что сделать при известной Д не представляет большого труда.

/?3 = 8,5 + 0,052^(7,-273). (4)

Я4 = 5,601 + 0,0345 (Т3 — 273). (5)

521 = 0,05тк йп I. (6)

0,791

5И, = 121

„,0,09 0,138 Wn Г к

(7)

L rf"'718T»n01 (¿ —ö?„)0'07 Z\ = М1-/вД25[0,757С5/(Рг1) + 0,3175C7dBn'125Af1]. (8)

Z2 = ЛМ°В'125 [0,757C6/(Pr1) + 0,3175C8üC125 M[] + 52,5Рв1 %RCT. (9) Z\ = M2d30'125 [0,757С5/(Рг,) + 0,3175С7/(Д£2) M2Ö?b'123]. (10) z; = M,de125 [0,757Со/(Рг,) + 0,3175С8/(Д^2) M2d°B'125] +

+ 52,5PB2/(Ai2)2^CT. (11)

M4 = 5,35+ 0,013 (Г.-Дг1,-273). (12)

M2 = 5,35 + 0,013 (Ts - M2 - 273). (13)

/(Pr,) = Pr?'7I-l. (14)

/ Дг, \°>5 /<".) = ( ^I-W) • 05)

/(Рг,) = Рг°'71-/(Д/2). (16)

Pr?'71 = 15,8 (7^ — At1 — 273)~0-5; (17)

Pr°'71 = 15,8(7>-273)-°.5. (18)

Размерности величин: = = [<7„] = квт\яР\

[£] = [/] = = [dH] = м\ [G,<] = кг\сек\ [pBi] = [рв2 ] = кг/ж3; [rK] = кдж\кг\ К] = м'сек- [vn] = лг кг: [Г,] = [Г,] = °К. 2\ 19

При вычислении термического сопротивления стенки с отложениями толщину стенки и отложений подставлять в ж, а коэффициенты теплопроводности в вт!(мград). Для интервалов скоростей воды Св = 0,1 0,5; 0,4-^1; 1ч-4 м/сек значения констант соответственно равны

С5 - 0,72; 0,82; 0,93;

С7 - 0,5; 0,65; 0,85; С0 «0,387; 0,177; 0,07, Са = 0,683; 0,346; 0,152.

Правильность выбора констант проверяется путем определения скоростей движения воды.

Для первого хода Для второго хода

г 4 ■ 1тк с1н ц [

Св1 = -7л-д-*

ав рв1 (1 — А)гк Св2 = 1. (20)

¿5 Рв2

При известных плотности теплового потока и расходе пара легко определяется поверхность охлаждения как в целом, так и по ходам. Число трубок в первом ходе:

= . (21)

д^с1п I

Число трубок в горизонтальном ряду первого хода:

Д1г= (1-А)0,Рп а (22)

Для второго хода определяются аналогично, вместо (1—А), дх следует только подставлять А, д2.

При шахматном расположении труб определенное по (7), необходимо умножить еще на 1,035, при этом расположение труб в (7) и е (22) под /—¿ц следует понимать расстояние между трубками в первом ряду.

Зависимости (1), (2) и (3) были проверены расчетным путем: плотность теплового потока, определенная по (1), и (2), сравнивалась с плотностью теплового потока, полученной обычным путем: раздельным определением коэффициентов теплоотдачи от пара к стенке по [2], от стенки к воде по [3] (зависимость в [3] рекомендуется и в [5]) и термического сопротивления стенки, после чего определялся общин коэффициент теплопередачи. Расхождение не превышало ±2,8%- Расчеты проводились применительно к трубкам конденсаторов [4] и к условиям работы трубных пучков конденсаторов при переводе на работу с ухудшенным вакуумом до давления около 0,9 бар. Жесткие рамки статьи не позволяют поместить материал., иллюстрирующий большое сокращение работы по зависимостям (1), (2), (3).

Выводы

1. Получены формулы для определения осредненных по ходам и по всему пучку плотностей тепловых потоков при конденсации пара в двухходовом горизонтальном пучке труб с параллельным подводом пара по ходам.

2. Предлагается новый способ определения необходимой поверхности охлаждения применительно к двухходовому пучку с параллельным подводом конденсирующего пара.

3. Формулы (1), (2), (3) позволяют проанализировать работу всего пучка в зависимости от различных факторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. П. Питерских. Трение и теплообмен в турбулентном потоке. Химическая промышленность, № 8, 1954.

2. Л. Д. Берман. Приближенный метод расчета теплообмена при конденсации пара на пучке горизонтальных труб. «Теплоэнергетика», № 3, 1964.

3. Б. С. Петухов, В. В. Кириллов. К вопросу о теплообмене при турбулентном течении жидкости в трубах. «Теплоэнергетика», № 4, 1958.

4. И. Н. Кирсанов. Конденсационные установки. «Энергия», 1965.

5. В. П. Исаченко, В. А. Осипов, А. С. С у к о м е л. Теплопередача. «Энергия», 1965.

6. Л. Д. Берман. Коэффициент теплопередачи поверхностного конденсатора. Известия ВТИ, № 2, 1952.