Введение к работе
-1-
Актуальность проблемы. Интенсификация процессов тепломассообмена,повышение эффективности технологического оборудования и разработка новых энергосберегающих технологий относятся к числу наиболее актуальных проблем современной химической технологии. Вакное место при разработке и организации процессов,позволяющих существенно увеличить производство продукции при меньших материальных и энергетических затратах, стремлении максимально исчерпать резервы имеющихся установок принадлежит использованию технологий,связанных с новыми физическими эффектами .
Особая сложность подобных исследований заключается в том, что процессы химической технологии ( особенно при больших градиентах температур и концентраций,характерных для высокоин-тенсивных процессов ) протекают,как правило,в условиях,когда необходимо учитывать взаимное влияние конвективного переноса тепла и массы, а тш:э палична их источников .
Такие задачи являются существенно нелинейными и наука в большинстве случаев не располагает сейчас готовыми методами их решения. Проблема осложняется тахке принцшиольной невозможностью корректной постанови; краевых задач в рамках гидродинамики,т.е. приходится решать задачи с неизвестными границами,определяя їй в процессе решения. В последнее время подход к тагам задачам в науке о процессах и аппаратах химической технологии радикально меняется. Стало ясно, что зависимость основных физико-химических характеристик сред и веществ, участвующих в процессах переноса и превращений,а именно: вязкости и поверхностного натяжения от температуры и других параметров не всегда может бить учтена в виде поправок к решениям,полученным без учета такой зависимости . Изменение характеристик процесса вследствие,например,неизотермичности' может привести к радикальному изменению условий протекания процесса при незначительных флуктуациях определянцих параметров.
Разнообразно проявляют себя такие аффекты в плепочннх процессах,особенно при больших градиентах температур в пленке и при ев течении по криволинейным опорным поворхностям.Тшсзл образом,исследование влияния нелинейных изменений физических свойств на интенсивность пленочных процессов и разработка
достаточно простых и научно обоснованных инженерных методик расчета соответствующих аппаратов является актуальной задачей.
В диссертации эти задачи решаются для процесса пленочной конденсации пара.Работа выполнялась в КазХТИ d соответствии -с координационным планом НИР АН СССР по направлению "Теоретические основы химической технологии",раздел 2.27.2.6.18 " Исследование гидродинамики , массопереноса и пылеулавливания при взаимодействии капель , пленок и струй ".
Цель работы состоит в:
математическом моделировании пленочной конденсации чистого пара на криволинейных поЕорхностях:горизонтадьаом цилиндре и волнистой стенке о учетом зависимости вязкости конденсата от температуры и поверхностных сил,а также наизотер-мичности стенки;
математическом моделировании конденсации пара из спаси его с неконденсируемым компонентом с учетом стефанова потока п дополнительных напрягвний.БознЕкащшс вследствие нвкаотер-мичности поверхности- пленки и зависимости поверхностного натяжения от температуры;
- выделении определяодих параметров и разработке' инже-.
нерных методик расчета процесса конденсации с учеїои веро-
численных выие факторов.
Научная новизна работы заключается в следующем:'
теоретически исследована конденсация чистого пара на волнистой стенке и горизонтальной трубе с учеіом пераохлаи-дения и зависимости вязкости конденсата от температуры . При этом показано,что при постоянном теплосъеме с единицы поверхности в определенной области изменения определящйх параметров отсутствует устойчивое стационарное решение и наблюдается реким с обострением;
построена сопряженная математическая модель пленочной
конденсации чистого пара на горизонтальной трубе,учитывающая неизотермичность поверхности трубы,в также зависимость вязкости конденсата от температуры и градиент поверхностного давления,обусловленный изменением кривизны поверхности пленки;
- на основании численного експерименте и анализа сопрякен-
ной модели найдены определяющие безразмерные параметры модели
-з- __
и в пространстве этих параметров видаленії области,характеризующие различные рекимы течения пленки.Для кахдой области получены простив расчетные зависимости для определения среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации;
- впервые теоретически исследован процесс конденсации из парогозовоя скоси с учетом совместного влияния стофанова потока и эффекта Морэнгони,обусловленного неизотермичностья поверхносгл пленки,на волнистой стенке и горизонтальной трубе.Установлены области устойчивости стационарного безвол-нового рехимо конденсации.
Практическая ценность. Результаты'работы могут быть использованы в качестве инженерных методи расчета про-мышенных аппаратов и для оптимизации режима их работы.При этом предложенная методика расчета коэффициентов теплоотдачи при конденсации на горизонтальной трубе не требует определения средней температуры стенки,что сукественно упрощает расчет и долго? результаты более достоверными.Проведенная работа такке имеет значение для поиска новых путей интенсификации процесса конденсации чистых паров и поров из парогазовых смесей.Результаты работы,касающиеся конденсации при постоянном тепдосъеке.всшли в отчет о хоздоговорной работе "Разработка методов моделирования пленочных сатураторов ".выполненной в 19S9 году для ГИАПа и использованы при расчете сатураторов природного газа для крупных еі/мивчішх агрегатов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы до-лскбжкна международной школе-семинаре "Современные проблемы тепло- и массообмена в химической технологии" (Минск,1087), на VI Всесоюзной конференции "Математические методы в химии" (Новочеркасск,1989),на мевдународнсм конгрессе CHISA'90 в Праге,на VII Всесоюзной конфереіщии "Математические методы в химии" (Казань,1991),а также на школах-семинарах "Современные проблемі тепло- и массообмена в химической технологии" в Звенигороде в 1988,1990,1991 годах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей,і тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,трех глав,заключения,списка литературы из^Ту наименований и приложения;обцкм объемом /Зі страниц машинописного текста.Диссертация содержит iL рисунков.