Теплообмен при пленочной конденсации пара движущегося внутри труб

При конденсации пара в трубе интенсивность теплоотдачи существенно зависит от динамического воздействия пара на пленку конденсата. Если, например, в вертикальной или наклонной трубе направление движения пара совпадает с направлением течения конденсата под действием силы тяжести, то, в случае трения на границе пара и пленки, скорость движения конденсата увеличивается, толщина пленки d уменьшается, и коэффициент теплоотдачи a возрастает. Если направление течение пара противоположно направлению движения конденсата, то скорость конденсата уменьшается, толщина пленки увеличивается, а интенсивность теплопередачи снижается.

При конденсации пара в трубах уменьшается расход пара и увеличивается расход конденсата. По мере конденсации пара часть поперечного сечения заполняется конденсатом. При этом суммарный расход пара G_п и конденсата G_ж при стационарном течении остается постоянным вдоль трубы, т.е.:

G = G_п + G_ж = const (10.62)

Средняя скорость пара и жидкости определяется из уравнения расхода:

(10.63)

(10.64)

Наибольшая скорость движения пара наблюдается во входном сечении, так как в нем максимальный расход пара. При полной конденсации пара и .

Течения пара и конденсата могут быть ламинарным или турбулентным при различном сочетании режимов на различных расстояниях от входного сечения трубы. Так в исследованиях Х. Хартмана рассматривалось турбулентное течение насыщенного пара вниз по вертикальной трубе с внутренним диаметром d при , , , и ламинарное течение конденсата. Получено:

(10.65)

где , , , , за определяющую температуру принята температура насыщения.

По результатам исследований Е.П. Ананьева, Л.Д. Бойко и Г.Н. Кружилина для турбулентного режима течения пленки конденсата:

(10.66)

где , - массовые расходные паросодержания во входном и выходном сечениях трубы; С = 0,024 – для стальных труб; индексы «п» и «ж» соответствуют параметрам пара и жидкости; все теплофизические свойства принимаются по температуре насыщения. Формула (10.66) соответствует опытным данным при вертикальном и горизонтальном расположении труб при Re>5×10³, 1>x₁>0, 1>x₂>0, P_п = 1,22-8,82МПа.