Введение к работе
Актуальность работы.
За последнее время в химической промышленности, металлургии, энергетике, пищевой промышленности расширяется использование зернистых материалов разной степени дисперсности и структуры. В частности, зернистые материалы применяются для проведения различных процессов в тепло-и массообменных аппаратах насадоч-ного типа, химических реакторах с зернистыми слоями катализатора, в регенеративных теплообменных аппаратах и т.п. В горном деле, с целью интенсификации нефтеотдачи нефтяных пластов и увеличения добычи вязких сортов нефти с глубоких горизонтов, 3 последнее время получают широкое применение методы разогрева горных пород с зернистой структурой, путем подачи пара в породу и передачи ей тепла за счет теплоты конденсации. Одним из новых промышленных источников энергии, в настоящее время, становится использование тепла горных пород, т.н. геотермальных источников тепла. Для понимания процессов, происходящих в разогретых горных породах при подаче в них теплоносителей, необходимо изучение закономерностей теплообмена при кипении и конденсации з таких условиях.
В настоящее время имеется ряд работ, посвященных исследованию теплообмена при пленочном кипении и конденсации пара на поверхности, помещенной в зернистый слой. Теоретически эти процессы были рассмотрены в работах Е. Парминтера, П. Ченга и В.Е. Накорякова. Однако экспериментальной проверки этих аналитических исследований, автором в литературе не обнаружено.
Цель работы.
Задачей настоящего исследования является получение опытных данных для определения теплообмена при пленочном кипении и конденсации на поверхностях, помещенных в зернистый слой с достаточной степенью достоверности при существенном изменении параметров, влияющих на процесс, позволяющих установить общие фундаментальные закономерности теплообмена. Исследование влияния не конденсирующихся примесей на теплообмен при конденсации пара из парогазовых смесей. Определение достоверности имеющихся теоретических решений и области их применения.
-4.-
Намчная новизна.
і. Впервые получены экспериментальные данные по исследованию теплообмена при конденсации неподвижного чистого пара на наклонной плоской поверхности, помещенной з зернистый слой. Показано, что в случае когда толщина пленки конденсата много больше диаметра частицы слоя, соблюдается закономерность теплообмена соответствующая теории В.Е.Накорякова, П.Ченга, а при малых толщинах пленки, теплообмен соответствует процессу конденсации на гладкой пластине, но происходит с несколько большей интенсивностью.
2. Впервые получены экспериментальные данные по теплообмену при конденсации чистого пара на вертикальных и горизонтальных трубах, помещенных в зернистый слой. Экспериментально показано, что на теплообмен в этом случае оказывают значительное влияние радиальные потоки конденсата, образующиеся за счет действия поверхностных сил. Установлено, что в одинаковых условиях в присутствии зернистого слоя на трубе, теплообмен может происходить значительно интенсивней, чем на трубе без слоя.
-
Впервые получены экспериментальные данные по теплообмену при конденсации пара из парогазовых смесей на трубе в зернистом слое. Показано, что не конденсирующиеся примеси оказывают более значительное влияние на теплообмен чем при конденсации на гладких трубах без слоя.
-
Впервые получены экспериментальные данные по теплообмену при пленочном кипении в рамках задачи Парминтера-Накорякова. Показано удовлетворительное совпадение теории и эксперимента.
Автор зти'.пмает.
1. Методы проведения опытов по изучению пленочного кипения и конденсации на поверхностях, помещенных в зернистый слой, учитывающие особенности процессов переноса в зернистой среде и на их основе созданное аппаратурное оформление эксперимента.
-
Результаты экспериментального исследования теплообмена при конденсации чистого пара и пара из парогазовой смеси на поверхностях, помещенных в зернистый.слой.
-
Результаты экспериментального исследования теплообмена при пленочном кипении на наклонной пластине в зернистом слое.
Гтактическая ценность.
1.Результаты работы включены в справочник С. С Кутателадзе
-. 5 -
"Теплопередача и гидродинамическое сопротивление". М.Энергоато-миздат. 1990 г. и монографию В. Е. Накоряков, А.В. Горин "Тепло-массоперенос в двухфазных потоках". Новосибирск. 1994г.
2.Вывод о существовании интенсифицирующего воздействия зернистого слоя на теплообмен при конденсации на трубах важен при проектировании промышленных конденсаторов. Он указывает на возможность значительного снижения теплообменной поверхности конденсатора.
По результатам исследований получен Патент Российской Федерации №2000530, 1993 г. на конструкцию кожухотрубного конденсатора, межтрубное пространство которого заполнено зернистым слоем. Применение зернистого слоя в предлагаемой конструкции позволяет интенсифицировать теплообмен, по сравнению с аналогичными конденсаторами с гладкими трубами, в несколько-раз.
3.В работе показано, что при наличии в паре не конденсирующихся примесей большая их часть при конденсации сосредотачивается в окрестности трубы с зернистым слоем. Этот вывод позволяет создать устройство, дающее возможность локализовать примеси в малом объеме конденсатора с целью их удаления, что позволяет решить задачу разделения парогазовых смесей с малым содержанием не конденсирующихся примесей. Проведенные исследования дали возможность разработать устройство позволяющее выводить из рабочего пространства конденсатора не конденсирующиеся примеси. Получены положительные решения по двум заявкам на изобретение.
4. Результаты работы включены в курс лекций по процессам и аппаратам химической технологии для студентов специальности 1705 Кузбасского государственного технического университета.
Аппуобаиия уаботпы.
Результаты исследования опубликованы в 25 статьях. Работа докладывалась на второй Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации." Рига, 1988г. ( два доклада). На сибирских региональных семинарах кафедр теплофизического профиля 1986, 1990 гг. (по два доклада). На всесоюзной конференции "Теплообмен и теплофизические свойства пористых материалов" - Новосибирск, 1992 г. ( два доклада), на 2-м Международном семинаре "Охлаждение электроники. Высокоэффективные технологии", г. Новосибирск, 1993 г. На международ-
ной юбилейной конференции по тепло-и массообмену посвященной 80 -летию со дня рождения академика С.С. Кутателадзе. г.Новосибирск, 1994г.. На девяти научных конференциях Кузбасского государственного технического университета, г. Кемерово. 1984-1995 г.г. На первой Всероссийской национальной конференции по теп-ло-массообмену, Москва, 1994г.
Объем уаботы. Диссертация состоит из введения,четырех глав и выводов. Общий объем диссертации составляет 177 страниц текста, в том числе 59 рисунков, 6 таблиц и список цитируемой литературы из 132 наименований.