CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 283 1974
О НЕКОТОРЫХ СЛУЧАЯХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПУЧКЕ ТРУБ
Б. Ф. КАЛУГИН
(Представлена научным семинаром кафедры ТЭУ)
В данной статье представлены результаты теоретических исследований влияния распределения поверхности охлаждения по ходам на плотность теплового потока ¿/о (в квт/м2), осредненную по всему горизонтальному двухходовому пучку труб, при конденсации водяного пара без примеси воздуха для двух случаев: параллельного и последовательного поступления пара в пучки труб ходов.
Плотность теплового потока для обоих случаев можно определить по формуле
Яо=ЯгЙ1[(1-Ь)<12+Я1Ь]-\ (1)
где и ¿/г — плотности тепловых потоков соответственно первого и второго по ходу воды ходов, квт/м2;
Д — доля от общего расхода пара в пучок, конденсирующаяся на трубках второго хода.
Соотношение между общей поверхностью охлаждения г о и поверхностью охлаждения второго хода найдется из выражения
Р*!Р*=ЧхШЬ+Я1-Яг)-1- (2)
Зависимости (1) и (2) использовались в дальнейших расчетах. При фиксированных значениях скорости подводимого к пучку пара 1Юп и его давления рКУ длине труб /, кратности охлаждения тп, наружном и внутреннем с/в диаметрах трубок, температуры воды на входе в пучок Т\, толщине слоя загрязнений 6з и известном материале трубок менялась А. Расчетным путем определялись Ц\ и при условии полной конденсации пара в пучке.
В расчетах из [1], [2], [3] использовались зависимости для определения коэффициента теплоотдачи от пара к стенке, термического сопротивления стенки труб, коэффициента теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде. Путем преобразований были получены выражения для ¿71 и (¡2 для обоих рассматриваемых в статье случаев конденсации пара. По формуле (1) определялась по формуле (2)—Р2/Ро. Из графика д0=/(/72//70) определялось оптимальное отношение о)0п > соответ-
ствующее максимальному значению затем и оптимальное отношение (/г1/772)оп , где — поверхность охлаждения первого хода. Менялась одна из величин (тк, /, Г0П9 рк, с1н, с1в, Ть б3) и вновь производи-
3 аказ 4401
33
лись аналогичные расчеты. Все расчеты производились для пучка с коридорным расположением труб, шаг в горизонтальном ряду составлял 32,5 мм. Пар поступал в пучок сухой, насыщенный.
В табл. 1 представлена часть расчетов для случая параллельного поступления пара в пучки ходов, пучки труб ходов расположены рядом, пар поступает сверху. Обозначения в таблице: и Яст —коэффициенты теплопроводности загрязнений и материала трубок, Aq0— превышение q0 при (Fx/F2) on над q0 при Fl/F2=l, в процентах от qQ при i71,/F2=l. Из таблицы видно, что в ряде случаев (FJF2)on =0,870-^0,888. Это наблюдается при рк =0,1176; 0,196 бар, менее при рк =0,49 бар и практически отсутствует при рк= 0,882 бар (расчеты для этого давления не приводятся). Д<7о может достигать 2,88%.
Этот эффект очень близок к эффекту, получаемому при переходе от коридорного расположения трубок к шахматному. Расчеты показывают, что смещение отношения F\jF% в сторону значений, меньших 1, и увеличение / вызывает более интенсивное увеличение коэффициента теплопередачи первого хода k\ по сравнению с темпом роста коэффициента теплопередачи второго хода k2. Это в сочетании с более высоким значением среднелогарифмической разницы температур между паром и водой в первом ходе ведет при определенных условиях к получению максимума q0 при /ri//r2=0,785ч-0,88. Это наблюдается при малых пг при условии, что средняя температура охлаждающей воды для всего пучка лежит в зоне, где физические свойства воды (коэффициент теплопроводности, коэффициент кинематической вязкости, критерий Пранд-тля) изменяются интенсивно. При больших рк и тк эффект от смещения (F\/F2)o„ в сторону значений, меньших 1, мал.
Малые тк и большие суммарные значения I можно наблюдать в некоторых видах многоходовых пучков с параллельным подводом пара к поверхностям ходов. В этом случае соотношение поверхностей охлаждения первой по ходу воды половины ходов и второй желательно иметь в пределах 0,785-^0,88. Эксергетический к. п. д. пучка -цех [4] при (F\/F2) оп = 0,785-0,88 (при значительных I и малых тк) не будет ниже г\ех при F\/F2= 1, если уменьшение F0 в случае (F[/F2) оп =0,785^-0,88 по отношению со случаем F\/F2=l осуществить путем уменьшения L
Расчетным путем были определены отношения F\/F2, соответствующие максимальным значениям qQ для случая конденсации чистого пара в двухходовом горизонтальном пучке, когда пар поступает в пучки ходов последовательно: сначала в пучок второго хода, затем в пучок первого (пучок второго хода расположен над пучком первого). При получении зависимости для q{ и q2 влияние конденсата, стекающего с трубок второго хода на теплообмен в пучке первого хода, учитывалось по [5]. Вид зависимостей для qi и q2 здесь не приводится. Расчеты показывают, что при конденсации чистого пара при последовательном поступлении его в пучки ходов максимальные значения q0 наблюдаются при F]/F2 = 0,94— 1,02. Расчеты проводились для вариантов с исходными данными (рк, Т{} wn /, dH dB mK , 63, Яз, Яст), указанными в табл. 1. Ухудшение теплообмена в пучке труб первого хода сдвигает значения (F]/F2)ou к 1. Из [6] видно, что присутствие воздуха может переместить значения (F\/F2)on в интервал от 1,2 до 1,4.
ВЫВОДЫ
1. При конденсации чистого -пара в двухходовом горизонтальном пучке труб при параллельном подводе пара к поверхностям охлаждения
Таблица 1
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Рк* баР 0,196 0,196 0,196 0,196 0,196 0.196 0,196 0,196 0,196 0,117 0,196 0,196 0,49 0,49 0,49 0,196
Тхь,К 288 288 288 288 288 288 288 288 288 277 313,6 313,6 310 310 310 288
шп, м\сек 30 30 30 30 30 30 30 60 10 48,6 30 30 12,7 12,7 12,7 30
1, тп 4 12 4 7 10 20 7 7 7 20 4 10 4 7 10 2
¿¿н, ММ 25 25 25 25 25 25 16 16 16 25 25 25 25 25 25 16
мм % 23 23 23 23 23 23 14 14 14 23 23 23 23 23 23 14
тк 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 14,2 40 40 14,2 14,2 14,2 14,2
В3, мм 0,075 0,075 0,15 0,15 0,15 0.15 0,075 0,075 0,075 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,075
Х3, вт\(м-град) 1,163 1,163 1,163 1,163 1,163 1,163 116,3 1,163 ,1,163 1,163 1,163- 1,163 1,163 1,163 1,163 1,163
Аст, вт\{м-град) 24,4 24,4 116,3 116,3 116,3 116,3 1,163 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3 116,3
1 0,817 1 0,835 0,807 0,809 0,809 0,809 0,809 0,785 1 0,825 1 0,888 0,888 1
0 1,98 0 1,77 2,71 2,36 2,6 2,04 2, 8 2,31 0 0,977 0 1,61 1,72 0
ходов максимальная плотность теплового потока наблюдается (в случае малых тк и больших /) при соотношении между поверхностями охлаждения ходов (Л/^гЬп = 0,785ч-0,88.
2. В случае конденсации чистого пара в двухходовом горизонтальном пучке труб при последовательном поступлении пара в пучки ходов максимальные значения <70 наблюдаются при (Р[/Р2)0п =0,94-г-1. Наличие воздуха дает (Л/^Ьп =1,2-И ,4.
ЛИТЕРАТУРА
1. Л. Д. Б е р м а н. Приближенный метод расчета теплообмена при конденсации пара на пучке горизонтальных труб. «Теплоэнергетика», 1964, № 3.
2. И. Н. К и р с а н о в. Конденсационные установки. М., «Энергия», 1965.
3. Г. Л. Питерских. Трение и теплообмен в турбулентном потоке. «Химическая промышленность», 1954, № 8.
4. А. М. Аксель банд, 3. П. Бильдер, А. С. Ясинский. Эксергетический к. п. д. теплообменников «вода — пар» с учетом гидравлических сопротивлений. Изв. вузов, «Энергетика», 1970, № 7.
5. В. П. Исаченко, А. Ф. Г л у ш к о в. Теплообмен при конденсации пара на горизонтальной трубе и натекании конденсата сверху. «Теплоэнергетика», 1969, № 7.
6. Е. Н. Шадрин, В. А. Бра гни, Б. Ф. Калугин, Ю. А. Маракулин. О влиянии распределения поверхности охлаждения по ходам воды на коэффициент теплопередачи при конденсации пара в горизонтальном пучке труб. Научные труды ОМИИТа, т. 70, 1967.
