 |
8. Теплообмен при конденсации чистого пара
|
|
|
|
8. Теплообмен при конденсации чистого пара
При соприкосновении пара со стенкой, температура которой ниже его температуры насыщения ts, пар конденсируется. В зависимости от состояния поверхности стенки образовавшаяся жидкость может принимать форму капель или пленки. В соответствии с этим конденсация пара называется капельной и пленочной.
Капельная конденсация происходит в условиях свободного движения, когда конденсат не смачивает поверхности стенки. Это обычно наблюдается на поверхности стенок, покрытых тонким слоем масла, керосина или жирных кислот. При капельной конденсации коэффициент теплоотдачи в 5 ÷ 10 раз выше, чем при пленочной. Однако пленочная конденсация имеет наибольший практический интерес, поскольку именно она чаще всего встречается в различного рода промышленных теплообменных аппаратах. Предполагается, что при ламинарном движении пленки конденсата теплота передается через слой пленки теплопроводностью.
В результате обобщения экспериментальных данных, полученных для различных жидкостей, предлагаются следующие расчетные формулы для определения среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации чистого пара и ламинарном движении пленки конденсата:
для вертикальной стенки или трубы высотой h
(30)
для горизонтальной трубы диаметром d
(31)
где 
– критерий конденсации 
.
В этих уравнениях определяющий линейный размер для вертикальных стенок и труб – их высота, а для горизонтальных труб – диаметр; термодинамические и теплофизические свойства конденсата определяются при температура насыщения ts.
Лучистый теплообмен
|
|
|
Лучистым теплообменом называется форма передачи теплоты излучением между телами, которая включает последовательное превращение внутренней энергии одного тела в энергию излучения, распространение ее в пространстве и превращение энергии излучения во внутреннюю энергию другого тела.
Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные частицы: электроны и ионы. Колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты. Излучение, вызванное колебаниями электронов, может иметь высокую частоту, если электроны входят в состав атомов и молекул. Излучение веществ со свободными электронами имеет импульсный характер с волнами разной частоты, в том числе с волнами низкой частоты.
На волновой характер излучения влияют корпускулярные свойства, которые заключаются в том, что лучистая энергия излучается материальными телами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями – квантами света или фотонами.
Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу и отличаются только длиной волны.
Большая часть твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излучения, т. е. излучают энергию во всем диапазоне длин волн. Некоторые тела (чистые металлы, газы и др. ) излучают энергию только в определенных интервалах длин волн. Такое излучение называется выборочным или селективным.
Количество излучаемой энергии увеличивается с ростом температуры тела, а в газах - с увеличением толщины слоя и давления газа. Для твердых и жидких тел характерно излучение и поглощение лучистой энергии тонким поверхностным слоем. В газах излучение и поглощение энергии происходит всем объемом.
Некоторые виды излучения при поглощении телами приводят к повышению температуры тел. Это свойство излучения определяется длиной волны и зависит от температуры тела. В наибольшей мере такими свойствами обладает инфракрасное (тепловое) излучение с длиной волны 0, 8 - 400 мкм.
|
|
|
Количество энергии, излучаемое поверхностью тела во всем интервале длин волн (отλ = 0 доλ = ∞ ) в единицу времени, называется полным (интегральным) лучистым потоком Q (Вт). Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн, называется монохроматическим. Лучистый поток, исходящий с единицы поверхности излучающего тела по всем направлениям полупространства, называется плотностью интегрального излучения E (Вт/м2)
. (1)
Из уравнения (1) следует, что лучистый поток, исходящий со всей поверхности излучающего тела, можно определить по соотношению
. (2)
Плотность интегрального излучения, отнесенная к рассматриваемому диапазону длин волн, называется спектральной интенсивностью излучения 
(Вт/м3)
. (3)
Лучистый поток, падающий на тело Q, частично им поглощается QA, частично отражается QR, частично проходит сквозь тело QD (рис. 1)
Q = QA + QR + QD. (4)
Разделив обе части равенства (4) на Q и обозначив QA/Q=A; QR/Q=R, QD/Q=D получим уравнение распределения лучистого теплового потока в безразмерной форме
1 = A + R + D. (5)
| Рис. 1. Распределение лучистого потока, падающего на тело |
Коэффициенты А, R, D характеризуют соответственно поглощательную, отражательную и пропускную (прозрачность) способности тела. В связи с этим они именуются коэффициентами поглощения, отражения и пропускания. Эти коэффициенты для различных тел могут меняться от 0 до 1.
Тела, которые поглощают всю падающую на них лучистую энергию (QA = Q, А = 1, R = D = 0), называются абсолютно черными. Тела, которые отражают всю падающую на них лучистую энергию (QR =Q; R =1, А = D = О), называют абсолютно белыми или зеркальными. Тела, которые пропускают всю падающую на него лучистую энергию (QD = Q, D = 1, А = R = О), называют абсолютно прозрачными.
В природе абсолютно черных, белых и прозрачных тел не существует.
|
|
|
