Содержание к диссертации
Введение
1. Область использования паро генераторных установок на морской воде
1.1 Основные направления использования морской воды в судовых энергетических установках
1 2 Классификация тепловых схем парогенераторных установок на морской воде
1 3. Анализ тепловых схем: паро- и водопроизводчщих установок 3
1.4. Использование высокатемпературнога нагреватели в паро генераторных установках на морской воде 34
2. Гидродинамика и тепломассообмен пленочных течений жидкости
2. 1, Особенности, пленочных течений жидкости в теплообменных аппаратах m 40
2.2. Процессы тепло- и массаобмена при контактном нагреве пленки жидкости паром 4
2.3. Постановка задач исследования высокотемпера- турнога нагрева морской вада
3 Экспериментальные установки и методика исследования
3.1. Цель и задачи, эксперимента
3.2. Описание экспериментальных установок
3.3. Методика экспериментального исследования
3.4. Оценка погрешностей измерений в опытах
4. Рабочий процесс в высоко тешературн ом нагревателе морской воды
4.1. Определение начальной температуры, на входе в пленку .
4.2. Особенности распределение температуры, вязкого подслоя стекающей пленки воды, при контактном нагреве парам
4.3. Влияние габарита нагревателя на распределение температур вязкого подслоя стекающей пленки жидкости
4.4. Обобщение результатов исследования
4.5. Коэффициент теплоотдачи .
4.6. Условия формирования отложений на орошаемой поверхности
4.7. Условия исключения накипеобразования
5. Методика расчета контактных пленочных аппаратов .
5.1. Исходные условия
5.2. Расчет контактнога пленочного нагревателя
5.3. Примеры расчета аппаратов
5.3.1. Расчет аппарата для нагрева жидкостей, близких па свойствам к пресной воде.
5.3.2. Расчет, аппарата для нагрева морской вода
5.4. Рекомендации к проектированию и эксплуатации высокотемпературных контактных пленочных на гревателей
Заключение
Библиографические ссылки
Приложение
- Классификация тепловых схем парогенераторных установок на морской воде
- Процессы тепло- и массаобмена при контактном нагреве пленки жидкости паром
- Описание экспериментальных установок
- Влияние габарита нагревателя на распределение температур вязкого подслоя стекающей пленки жидкости
Введение к работе
Отличительной осоибенностью крупных рыбопромысловых судрв является большой расход пара на турбогенераторы, технологическое оборудование, опреснительные установки, различные общесудовые и хозяйственные потребители, Праиз- водительность опреснительных установок на таких судах составляет (300 500) т/сут пресной воды. На приготовление та-кого, количества пресной воды расходуется около 10 МВт тепловой мощности и соответствующее количество топлива. Для уменьшения расхода топлива на больших рыбопромысловых су/-дах Л.И.Сень предложил использовать парогенераторные установки, работающее по разомкнутому пароконденсатному циклу на термоумягченной морской воде /і/. На рис. 1 приведена, структурная, тепловая схема парогенераторной установки на: морской воде. Подкисление в контактном пленочном теплооб-меннике 2, термическое умягчение морской воде в аппарате. 6 при. температуре (200 250) °С определяют условия безнакипного режима работы парогенератора 8 при температуре насыщения 150 °С /2/. Удаление из морской воды вместе с выпарам кислорода и других растворенных газов позволяет снизить акорасть коррозии парогенерирующей поверхности до допустимых значений. Для предотвращения выпадения в осадак NoCL в парогенераторе 8 поддерживает.ся дрпустимая соленость воды. После промывки пар поступает в пароперегреватель 9, а из него к потребителям по трубопроводу Ю. Образовавшийся конденсат направляется в систему пресной воды. В установ-ках такого типа топливо экономится за счет отсутствия расходов теплоты на предварительную дистилляцию: морской воды.
Работоспособность парогенераторных установок на морской воде зависит от надежности, высокотемпературного нагревателя; 5, к которому предъявляется основное требование -безнакипный процесс нагрева морской вода до температуры (200 250) °С, Эта проблема успешно решается прж использовании пленочного контактного теплообменного аппарата, разработанного на кафедре судовых турбинных силовых установок Дальневосточного ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. В.В.Куйбышева, /і/. Для такого типа, нагревателя наиболее доступным высокотемпературным теплоносителем в настоящее время является пар, вырабатываемый обычными парогенераторами. Рабочие процессы! тепло-обменного аппарата при контактном; нагреве морской воды паром в настоящее время на изучены. В литературе отсутствуют опытные данные, позволяющие оценить правомерноать принятых допущений при теоретическом исследовании контактного нагрева ламинарной пленки жидкости, паром /3/. Достигнутые результаты исследования процессов нагрева пленки жидкости со. стороны стенки, конденсации пара внутри труб и на холодных струях жидкости не могут быть использованы, поскольку отличаются технологически от контактного- нагрева стекающей пленки пресной и морской воды паром.
Для исследования рабочего процесса высокотемпературного контактного пленочного нагревателя морской вода была спроектирована и изготовлена на ТЭЦ-2 орденов Ленина и Трудового Красного Знамени. Дальзавода имени 50-летия СССР экспериментальная установка. Вода на нагрев направлялась из системи обеспечения, технологических и хозяйственных потребителей пресной водой производственного цеха и из бухты
Золотой РогЯпонского моря, Пар с давлением до 4 МПа поступал в нагреватель от парогенераторов ТЭЦ-2.
В работе выполнено экспериментальное исследование рабочего процесса контактного нагрева насыщенным паром пленки пресной и морской воды, стекающей по вертикальной поверхности в трубах диаметром 76, 75,5 и 13,3 мм. Получено распределение температуры вязкого подслоя по длине пробега пленки, при. течении греющего пара со скараатью 5 м/с.
На защиту представляется:
- анализ, установок, вырабатывающих пар и пресную воду;
- методика исследование высокотемпературного контактного нагрева пленки жидкости парому
- результаты экспериментального исследования процесса теплообмена при контактном нагреве пленки пресной и морской воды паром при плотностях орошения (7,2 45)»ДО УГ/С в диапазоне давлений Р = (0,1 3,3) МПа;
- постановка и решение задачи по определению режимных параметров рабочих сред и габарита нагревателя;
- методика расчета высокотемпературного нагрева минерализованной воды насыщенным паром в пленочных контактных теплообменных аппаратах.
Классификация тепловых схем парогенераторных установок на морской воде
Рассмотрим тепловые схемы парогенераторных установок на морской воде, приведенные в данной работе и в /lr 13, 18, 21, 23, 25, 28-32/, по двум показателям - назначению установок и виду преобразования энергии.
Основное назначение парогенераторных установок -обеспечение потребителей паром, который мозшетх использоваться как источник теплоти,, механической энергии и тепло-- - но-ситель для опреснительных установок (см. рис. 1V3).
Парогенераторные установки могут бить одно- и многоцелевого, назначения. В тепловых схемах СЭУ традиционные; парогенераторные установки отличаются двух или трехцелевым назначением /1, 21/. В развитых пароэнергетических установках пар, вырабатываемый парогенераторами из пресной вода, расходуется на выработку механической энергии в турбинах. (ГТЗА или механизмы СЭУ с турбоприводом), на теплооб-менные аппараты (различного типа нагреватели) и на опреснительные установки. При двухцелевом назначении парогене раторов пар используется; дня обеспечения теплотой потребителей судна, и выработки механической энергии или. пресной воды, Одноцелевое назначение парогенераторов в ОЗУ исключено и характерно только дня стационарных предприятий, например, для электростанций и отопительных парогенераторов судоремонтных заводов» В последних установках около 80 % питательной вода приготовляется из естественных источников преснай вода, поскольку возвращение конденсата греющего, параї с ремонтируемых судов исключено,
ППШВ также, могут использоваться с многоцелевым и од-ноцелевым назначением. При этом в СЭУ характерным ви дом использования ПГУМВ будет трехцелевое назначение - получение механической энергии, теплоты и пресной вода. Пресная вода в таких установках - конденсат отработавшего пара, Двухцелевое назначение ПГУМВ будет характерным для теплоэлектростанций, расположенных в районах с ограниченными источниками пресной вода, Одноцелевое использование ППШВ предпочтительно для судоремонтных заводов, не имеющих постоянных ИСТОЧНИКОВ ПреСНОЙ ВОДЫ;,
Классификация тепловых схем ПГУМВ по виду преобразования энергии представлена на рис, 1.4, Традиционные пароге п нераторы на пресной воде используются как одноконтурные, двухконтурные и прямоточные. На судах преимущественно распространены одноконтурные парогенераторы с атмосферным давлением газов в топке. Высоконапорные парогенераторы применяются в случае жестких требований по массогабаритным характеристикам, когда высокая экономичность установки не является основополагающей.
Для производства рабочего пара и пресной воды на судах используются парогенераторные и опреснительные установки. Эффективность тепловых схем указанных установок обычно определяется по характеристикам оборудования. Представляется целесообразным рассмотреть тепловые схемы установок с учетом величин потерь в тепловой схеме. На рис. 1.5 представлена двухконтурная тепловая схема судовой парогенераторной установки на морской воде. В прес-ном контуре используется традиционный парогенератор 3, в который поступает питательная вода, от насоса 4, а в топку воздух и топливо по трубопроводам 1 и 2 соответственно. Образующийся пар после пароперегревателя направляется в высокотемпературный контактный пленочный нагреватель морской вода 14. Охлажденный пар поступает в турбогенератор 8. Об-разевавшийся конденсат подается конденсатным насосом в деаэратор 6,, а из него) - к испарительной поверхности, нагрева пресного контура. В соленом контуре, парогенератора морская; вода от насоса 10 поступает в подкислитель 12, где она подогревается и подкисляется (с помощью СОг SO г, S&3 ). Одновременно происходит очиотка дымовых газов от сажистых и_ зольных частиц, что уменьшает загрязнение окружающей среды, С помощью насоса высокого давления 13 вода направляется в высокотемпературный контактный пленочный нагреватель морской вода 14. В высокотемпературном контактном пленочном нагревателе 14 нагрев осуществляется перегретым паром до температуры свыше 180 С. Подвод теплоты со сторо нв свободной поверхности пленки исключает перегрев при стенного слоя жидкости, и тем самым предотвращается накипе образование на стенках аппарата.. _
Далее морская вода поступает в реактор-деаэратор 15, где. температура насыщения на 2-3 С ниже, чем конечная, температура нагрева воды в нагревателе 14. Это обеспечивает частичное вскипание воды на входе в реактор-деаэратор. При этом дегазация вода спасабствует переходу накипеобра-зователей в шлам и удалению1 вместе с внпаромі кисл.орада. Уловленные в подкислителе 12 сажистые и зольные частицы служат катализаторами,, ускоряющими процессы, шламовыделе-ния. Растворенные в морской воде газы оОг и SO3 увеличивают выход в шлам сульфатной накипи. Часть шлама из реактора-деаэратора удаляют продувкой, а остальное задерживает фильтр 16, через который умягченная морская вода поступает в парогенератор 17. Для исключения накипеобразова-ния температура насыщения в нем поддерживается на (50 Ю0) С ниже, чем в реакторе-деаэраторе. Насыщенный пар направляется к технологическим и общесудовым потребителям. Конденсат от них - в систему пресной воды. Для предотвра- щения выпадения в осадок NQC В парогенераторе поддерживается, допустимая соленость, что. обеспечивается постоянно» действующим продуванием.
Характерной особенностью представленной схемы является наличие в высокотемпературном нагревателе морской вода 14 контакта между теплоносителями двух контуров, позволяющего интенсифицировать, теплообмен, за счет использования перегретого пара пресного контура. Все теплообменные аппараты соленого контура, кроме нагревателя 14, работают на отработавших газах парогенератора, которые после подайсли тела 12 выбрасываются в атмосферу из газохода 11.
В рассматриваемой тепловой схеме термоумягчение морской воды обеспечивается за счет более высокого давления греющего пара пресного контура по сравнению с давлением насыщения в парогенераторе соленого контура. С увеличением давления в пресном контуре возрастает температура в реакторе-деаэраторе ip , что позволяет при выбранной температуре насыщения соленого контура zf//C/c уменьшить объем реактора-де аэрат ар а. При этом если давление в соленом контуре выбирается исхода из потребностей технологических потребителей, то давление греющего пара - Ргр - из условия не-_ обходимого умягчения. Снижение Рск способствует улучшению вывода, накипеобразователей в шлам в реакторе-деаэрато- ре и уменьшает его размеры, кроме того, уменьшается поверхность нагрева парогенераторной части соленого контура и снижается температура газов за ней, при этом уменьшается поверхность нагрева воздухоподогревателя.
Увеличение давления Ргр и температуры trp в пресном контуре уменьшает поверхность нагрева высокотемпературного нагревателя морской воды, позволяет интенсифицировать теплообмен за счет использования перегретого пара пресного контура с более высокими параметрами. Такая тепловая схема исключает возможность использования экономай-зерной поверхности нагрева соленого контура, поскольку необходимого нагрева морской воды - (100+120) С - перед, высокотемпературным нагревателем можно достигнуть за счет теплоты, продувочной воды парогенераторной части соленого) контура. Использование экономайзера в пресном контуре не
Процессы тепло- и массаобмена при контактном нагреве пленки жидкости паром
Процессы тепло- и маесообмена в пленке при её контактном нагреве паром на входном участке и при стабилизированном течении рассматривались в работах /3, 29/. »«Ефимов считает, что, несмотря на малую протяженность, входной участок течения: пленки играет важную роль в таких процессах, как паровая или парогазовая конденсация на пленке жидкости /3, 29/. Поэтому необходимо, рас і смотреть, взаимодействие стекающей пленки жидкости с насы- ценным паром. На входном участке расчет представляет большую сложность, поэтому аворы работ /3, 29/ применяют уравнение теплообмена в приближении пограничного слоя где 7" - температура среде; Ц ; V - продольная и поперечная скарасти жидкой фазы; теплофизические свойства считаются постоянными,.
Граничные условия на свободной поверхности: где Z - теплота конденсации пара Второе равенство, связывает тепловой поток,, наревающий пленку жидкости за счет конденсации пара при Тн , с изменением расхода, жидкости G . На стенке при U « О условие
При решении уравнений тепло- и массообмена на входном участке при ламинарном: течении авторы работ /3, 29/ полу-чили, чта в этой области идет быстрый прогрев поверхностных, слоев пленки паром, при котором конвекпда и теплопроводность не обеспечивают отвод всей теплоты с поверхности.
Анализ уравнения (2..2) показывает, что поскольку теплопроводность зависит1 от температуры Jl = 4 (т) , то её необходимо учитывать жри дифференцировании правой части
Следовательно, в уравнении (2.2) не учитывается первый член правой части уравнения (2.9) и вносится погрешность в расчеты контактного нагрева паром пленки жидкости.
Тепловой потськ на поверхности уменьшается по дайне пробега пленки, с соответствующим уменьшением теплоотдачи от пара к жидкости. Подобного, эффекта следует ожидать, и деа установившегося! течений жидкости. Однако в этом случае тепловой поток падает еще быстрее по длине пробера пленки. Эт.о связано с уменьшением конвективного переноса теплоты при установившемся! течении. В работах /3, 29, 65/ показа-но„ что теплообмен при конденсации пара из потока эффективен на коротких участках (ХпрЯ.0,01 м) установившегося течения жидкости.
Для теплообмена в области стабилизированного течения пленки жидкости предлагается следующее решение /3, 29/
Уравнение переноса энергии для пленки жидкости из-за малой её тадщины по сравнению с длиной пробега берется в форме пограничного слоя (2 2). В этом уравнении энергии опущен член, характеризующий вязкую диссипацию, т.к. рассматриваются! малые скорости жидкости. Здесь также считается, что теплоемкость и теплопроводность, не зависят от температуры.
Начальноа условие для уравнения энергии записывается в форме На рис» 2»4 приведены данные численного расчета на ЭВМ "Минск-22МИ уравнений (2» 104-2.13), показывающие взаимодействие тонкой пленки чистой воды (с расходом ГУ/0 С s 1,3« 10 иг /с и RQ= 10) с паром, имеющим постоянную температуру насыщения 7 =423 К, при давлении р = -0,475 Ша /29/.
Сплошные линии - температурные профили, тепловой поток CL , полученные без учета процесса массообмена. Пунктирные - те же характеристики и изменение расхода жидкости в процентах от значения на входа по длине пробега32пр Заметен факт резкого падения теплового патока на поверхности пленки за счет быстрого прогрева ш.оверхноатных слоев жидкости до температуры насыщения. Наиболее интенсивный теплообмен наблюдается на начальном участке ООпр 20 мм, далее эффективность процесса тепло отдачи уменьшается. В данном случае различие пунктирных и сплошных кривых незначительна из-за большой теплоты конденсации пара 2 /29/.
В процессах с масаобменом предлагается следующий ход решения /3, 29/. При взаимодействии жидкости с парога-завой смесью, соотношение {2»№) изменяется и становится; плотность парогазовой смеси. Добавка в уравнение (2.10) связана с Архимедовой силой, действующей на жидкость, в парогазовой смеси./Из-за взаимодействий пара с жидкостью на. поверхности раздела сред ( U-ІЇ ) также изменятся соответствующие граничные условия (2.12 и 2.20).Вместо (2.12) задаются соотношения
Описание экспериментальных установок
Экспериментальная установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 3.1, спроектирована на кафедре су-дрвых турбинных силовых установок ордена Трудового Красного, Знамени. ДВПИ имениJ3.В.Куйбышева /66,, 67/, изготовлена и смонтирована на ТЭЦ-2 орденов Ленина, и Трудрвого Красного Знамени Дальзавода им. 50-Летия СССР.
Вода, для нагрева поступала из системы снабжения пресной или морской водой технологических и хозяйственных потребителей цеха № 36 Дальзавода. по трубопроводам 6 и 7 в расхаднуп емкость 9. Эта по-зволяло исключить влияние напо- ра в трубопроводах систем цеха, на рабочий процесс. Вода насосом 11 из расходной емкости 9 подавалась через драсседь ный клапан 12 на вход высокотемпературного, нагревателя» Расход, воды контролировался ротаметрами 10 разных типоразмеров РС-3, РС-5, РС-7 в зависимости от величины расходов..
После контактного нагрева паром вода отправлялась для дальнейшей обработки в_реактор-деаэратор по трубопроводу 5, либо в теплообменник 2, после которого замерялся расход и брались пробы на анализ.
Греющий пар поступал из парового коллектора ТЭЦ-2 ча-рез клапаны 14 и 15, последние позволяли подавать пар в высокотемпературный, нагреватель прямотоком и противотоком по отношению, к стекающей вниз пленке воды. Расход, пара на входе и выходе нагревателя контролировался дроссельными, расходомерами 13 После нагрева жидкостш в высокотемпера т.урном нагревателе. 1 охлажденный пар отводится для дальнейшего использования по трубопроводу 8 или в конденсатор 3 для определения его. расхода, газового и солевого состава.
Системы трубопроводов для пара смонтированы из труб стали 20_внутренним диаметром а = (25 32) мм с толщиной стенок 2,5 мм, для холодной во ды - из медных труб # = = (10 25) мм с толщиной стенок 2,0 мм, для нагретой воды использовались трубы медно-никелевого сплава СІ- (15 4 25) мм с толщиной стенок 2,5 мм.
Насос 8 - поршневой насос ЭНС-2, реконструированный на производительность до 0,120 кг/с или. насосный агрегат ШФ5-25-Э6/4Б-12. С целью, исключения пульсации расхода на выход, насоса устанавливался воздушный демпфер. Расход вода на поршневом насосе регулировался длиной хода плунжера. Расход воды перед, насосным агрегатом контролировался ротаметрами типа РС-5 и РС-7 душ рабочего участка d = 75,5 мм и РС З доя участков =(13,3 18,2) мм. Высокотемпературный нагреватель 1 - рабочая труба, в которой моделируется процесс контактного нагрева пленки жидкости паром. Пленочное течение формируется переливом че- рез верхнюю кромку по внутренней образующей трубы. Вода в пленкообразующий "карман" подавалась по трубопроводу ( р/ = «= ДО мм) через два штуцера для равномерности заполнения. Для снижения входной скорости пар поступал в нагреватель 1 по трубопроводу через два отверстия во фланцевом соединении. Системы трубопроводов и высокотемпературный нагреватель снаружи изолировались асбошнуром и асботканью для уменьше ния отвода теплоты в окружающую среду. Толщина изоляции рабочего, участка составляла (55 65) мм, трубопроводов (35 45) мм. В нижней чаати рабочей трубы находится пленко съемное устройство, которое отделяет нагретую жидкость от пара. Для. уменьшения пульсаций уровня в пленкосъемном устройстве на выходе из нагревателя имеется демпферная, ем кость-. Рабочий участок внутренним диаметром с/ 75,5 мм с толщиной стенки 5 мм, длиной «=5,5 м с шерохова тостью внутренней поверхности \7 выполнен из стали 0Х18Н9Т. Такая длина рабачег участка выбрана для возмож ности изучения процесса нагрева морской воды в широком диапазоне изменения качественных характеристик. Для исследования начального участка поверхности оро- шения и визуального изучения контактного нагрева пленки морской воды паром был спроектирован и изготовлен рабочий участок с/= 76 мм и == 0 76 м. Внешний вид этого рабо чего участка представлен на рис. 3.2, Конструктивное отличие такого рабочего участка от трубы с =75,5 мм состоит в том, что толщина стенки в районе установки датчиков сое тавл&ет. 90 мм. Нагреватель из стали ХШ25М2 с шерохова тостью орошаемой поверхности \j/ В верхнем и нижнем фланцевом соеданении установлены кварцевые стекла диаметрам 45 мм и толпрной 12 мм доя визуального изучения контактного процесса нагрева пленки солесодержащей жидкости паром. Высокотемпературный нагреватель -% изображенный на рис. 3.3„ устанавливается непосредственно на реактор-деаэратор, в нем отсутствует пленкосъемное устройство и вода вместе с паром поступает, в реактор-деаэратор. Рабочий участак Q = 13,3 мм с переменной толщиной стенки, U = 0,35 м, с шераховатостью орошаемой поверхности z4 / выполнен из стали 20, Конструктивное отличие этого нагревателя от выше приведенных состоит в том, чта толщина стенки в районе установки датчиков составляет 15 мм. При нагреве стекающей пленки воды паром в рабочем участке измерялись следующие параметры: расход, температура, давление вода и пара на входе в нагреватель, и выходе из. него, давление в рабочем участке. Давление контролировалось образцовыми манометрами. Температура рабочих сред измерялась ртутными термометрами с ценой деления 0,5 С и хромель-копелевыми термопарами с диаметром проволоки 0,2 мм. Измерение термопарами осуществлялось компенсационным способом с холодным спаем при помощи потенциометра Ш1« 2. Специально сконструированными датчиками измерялось распределение температур: в вязком подслое стекающей пленки жидкости по, длине пробега пленки ten = (30 250) С, рас-пределение температуры пара по длине рабочего, участка (которые оказались равными температуре насыщения греющего па
Влияние габарита нагревателя на распределение температур вязкого подслоя стекающей пленки жидкости
С целью определения влияния геометрических размеров орошаемой поверхности на контактный нагрев пленки вода паром и установления габарита, нагревателя для опытной ПГУМВ производились исследования на рабочем, участке меньшего диаметра с/= 13,-3 мм и длины /= 0,35 м.
На рис, 4,9 представлены полученные на этом нагревателе экспериментальные данные изменения температуры вязкого подг слоя пресной вода по длине пробега эсПр в зависимости от давления Р« (1,45 3,3) Ша при плотности орошения / = 72 х х 10 м /с и кЄ= 300 в режиме прямоточного движения пленки жидкости, и пара. Эти. опытные -данные показывают качественное совпадение с результатами, приведенными на рис, 4,5 для прямотока в нагревателе с/= 75,5 мм, 1= 5,5 м при Р= = (0,13 1,65) МПа с б»= 300 500, Здесь также наблюдается интенсивный процесс теплообмена на начальном участке орошае-мой поверхности, когда ЭСпр = (0,1 0,13) м, но наибольшую крутизну температурные профили вязкого подслоя пленки воды имеют, при, 37/7 =(0,05-50,06) м. На рис, 4,10 проведено сравнение профиля температуры вязкога подслоя в зависимости І&п/-6н =J-(3CnP/g ) для пря-мочюка при давлении 1,45 и 1,65 МПа при одинаковом числе Рей-нольдса и одинаковой плотности орошения. Основные характеристики режимов контактного теплообмена приведены в таблице 4.3.
Количественно опытные точки температур "ten для труб разного диаметра при одинаковых RB отличаются на (8 10) %л при. равных плотностях орошения Лу - на (4 5) %т При одинаковых Не могут быть разные Гу при 0» vaz , а следовательно, и разные среднераеходные толщины пленки на входе. Кроме того, отличие температур вязкого подслоя пленки вызвано тем, что в опытах использована для нагрева недеаэрированная вода, которая с увеличением температуры более интенсивна дегазировалась. Условия удаления газа из трубы /= 13,3 мм лучше, чем из нагревателя с/ = 75,5 мм, и при меньшем диа-метре орошаемой поверхности меньше толщина пограничного диффузионного слоя газа»
Для исследования процесса контактного нагрева пленки воды паром на начальном участке поверхности орошения, визуального наблюдения за этим процессом и изучения условий o6-v разования накипных отложений проводились эксперименты на нагревателе, диаметром с/= 76 мм и длиной L = 0,76 м.
Опытные данные для прямотока, полученные на этом нагре-_ вателе, приведены на рис. 4.11, Исследования температуры вязкого подслоя пресной воды проводились при плотности орошения /7 = (84 419).Ю 6 мЗ/с, давлении Р = (0,25 0,8) МПа, ско-рости пара U/ gx (2 4) м/с. Экспериментальные данные не противоречат выводам о том, что с уменьшением- плотности орошения от. Гу = 419« 10 6 при Р=0,25 МПа (точки 1) до Гу = -84,10 иг/Q при том же давлении (точки 3) уменьшается тол щина. пленки, а следовательно увеличивается температура нагрева. Так например, при нагреве воды от температуры 20 С до 120 С её вязкость уменьшается в четыре раза, а от 120 С до 200 С - уменьшается на 35 %, Поскольку при повышенных давлениях Р= (0,64-0,8) МПа (точки 64-9) температура, вязкого подрлоя Вп (754»І00) С то изменение плотности орошения меньше влияет на івп по сравнению с режимами Р=0 25 МПа, Расслоение опытных точек наблюдается в основном в зависимости от давления.
Количественное отличие температур вязкого, подслля на рис.» 4,11 от. данных на рис, 4.5, 4.9 объясняется разными кон-структивными особенностями верхней части аппаратов, опреде-ляющими формирование пленки жидкости. Для рабочего участка d- 75 5_MMJ АГ= 5,5 м карман для подвода, воды в нагреватель и формирования пленки на орошаемой поверхности имеет длину 80 мм, для нагревателя v= 76 мм /=0,76 м длина кармана 25 мм . Поэтому влияние водяного охлаждения на распределение температур в верхней области орошаемой поверхности больше для трубы ч = 75,5 мм по сравнению с w= 76 мм.
На рис. 4.12 приведены опытные, данные распределения температуры вязкого подслоя пресной воды в зависимости. фвп/-н- j(VC-np/б ) для разных режимов работы на трех нагревата- лях. Кривая. 1 обобщает опытные значения относительных температур для противолюка на трубе Q= 75,5 мм, =5,5 м. Кривая.П - для противотока на трубе с/= 76 мм, 4 = 0,46 м, кривые 1У и Ш - данные по прямотоку без выпара в кондешзато -ре соответственно для рабочих участков ч= 75 .5 и 76 мм. Кривая У соответствует экспериментальным точкам относительных температур, полученных на трех рабочих участках при дав лении Р« (0,13 3,3) Ша, Гу = (72+419).10-6 м2/с, 7j 5 м/с в режиме прямотока.
Из сравнения опытных точек на рис. 4.12 следует, что наилучшее согласование данных, полученных на всех режимах в трех нагревателях, наблюдается по длине пробега пленки scrips 0,3 м (Хпр/& /0 ), когда, отклонение от средней величины &вп /-н не. превышает і 6 %т
Разброс значений относительных температур вязкого- подслоя от средней величины при прямотоке (кривая У ), пряматоке без выпара в конденсаторе, (кривые Ш, 1У), противотоке (кривые 1 и П) составляют І 6,5 для каждого из трех режимов работы при. Хпр& 0,07 м {Xnp/ff &200 )
Отклонение от средних значений 6,5 % -Ьвл/н ± 13% наблюдается при. прямотоке на начальном участке scпр 0,07 м (кривая У) и при противотоке - до 25 % (кривые 1 и П) на трубах разного дааметра. Основные отличия нагрева при Od.no 4 0,07 м связаны с разными входными конструктивными особен-ностями нагревателей (длина распределительного кармана с относительна холодной водой п к , длина перелива -пер ) Длина перелива в пленкораспре делительном кармане для нагревателя с!- 75,5 мм, Z=w5,5 м составляет пер = 7 мм для v трубы с/= 76 мм, L =0,76 м - упер= \Ъ мм, для рабочего участка с/ = 13,3 мм, L = 0,3 м - nep = 9 мм.
Влияние отношения длины перелива к толщине слива спер/б сл на теплообмен сохраняется при низких тепловых потоках, при_ противотоке (кривые 1, П) и для прямотока без выпара. в кон-денсаторе (кривые Ш, 1У). При удалении из систем установки воздуха это влияние практически не сказывается на прямоточной схеме (кривая У).
Анализ полученных экспериментальных данных для контактного нагрева сухим насыщенным паром стекающей пленки вада показывает, что характер распределения температуры вязкого, подслоя жидкасти по длине пробега зависит в основном от плотности орошения, давления в аппарате, характера взаимодействия фаз на. границе раздела, входных уел о ви й ( температура жидкости на входе, в орошаемую поверхность). Для разработки инженерной методики расчета необходимо найти обобщенное решение задачи о теплообмене в пленке при её контактном нагреве паром с учетом входных условий.
