Сыртқы конденсатордағы жылу алмасу

Конденсатор процессінің механизмі. Конденсация түрлері.

Сыртқы конденсаторда конденсаторлық тұрбалардың сыртында сұйық фазаға сулы буының өтууі іске асырылады.

Конденсацияның екі түрі бар: пленкалы – мұнда конденсат салқындалңан бетінде тұтас қабыршақ құрады, тамшылы – мұнда конденсат жеке тамшы сыртқы түрінде болады. Бумен турбиналардың конденсаторларында бас түрімен пленкалы конденсация байқалып жатыр.

Конденсациялар сипаты (пленкалы немесе тамшылы), салқындатылған беті толық немесе ішінара болып тәуелді болады. Жылу аламастыру кезінде су (конденсаторда да), егер металлдың сырты лас болмаса дымқылданады. Тамшылы конденсацияны шақыратын, тұрбаның үстіндегі сумен дымқылданылмаған органикалық заттардың лайықты саны.

Тамшы кезіндегі сулы бу тең шарттарда Lnот жылу бері коэффициенті буының конденсаттың бетіне пленкалыдан қарағанда бірнеше рет жоғары.

Бірақ тамшы конденсациясы басты түрмен байқалып жатыр, бу жылдамдығының төмен және конденсат щарттарының кезінде ауыспалы және аумалы сипат алады. Сондықтан ары қарай біз конденсатор тұрбаларының бетіндегі сулы бу плеккалы конденсацияның процессін қарастырамыз.

Конденсат, қабыршақ түрінде тұрбалардың сыртқы бетін орап алады, тұрбалардың металлдық бетінен бу-ауа қоспасын бөледі. Конденсаттық қабыршағының беті шекараны немесе фаза бөлімнің бетін ұсынады, шындығында бу конденсацияы болып жатыр, сонда конденсат қабыршағының бетімен бу молекулаларының жұтуы.

Конденсаттық пленканың жуандығы айналасымен және тұрбаның ұзындығымен бірдей емес.

Конденсат үстіңгі керіліс күшіның ықпалы себебінен жеке тамшы түрінде тұрбалардан ағады; конденсаттың ағуы үлкен бу жүктемелері кезінде жеке ептеген ағыстармен болады.

Тамшылардың жиналуы және үзуі әр түрлі уақытта болып жатады. Төменде жатқан тұрбаға тамыған конденсат тамшысы, тар белдікте ағылады. (тұрбаның төменгі бөлікте) Конденсаттық қабыршақтың жуандауы тамшы тамыған орындарда қана пайда болады. Сонымен бірге үстіңгі керілістер күші айналасы бойынша қабыршақтың жуандығына кейбір дәрежеде тегістейтін әсер береді.

Конденсат қабыршағы және қозғалатын бу арасында қабыршақтың ламинарлық ағымының бұзулуына алып келген үйкелістер күші пайда болады, қабыршақтағы жергілікті турбулизацияны және кедергілік құбылыстарғы әкеледі. Сонымен қатар бұған конденсат тамшыларынан мерзімді ауытқуларға әкеледі, тұрбалардың төменгі бөліктеріне үзілетін және үстінен тамшылайтын мүмкіндік туғызады.

Фаза бөлімінің бетінде бу ағынынды(бу–ауа қоспасында) және фазалық температурасының айналымына сұйық фазаның пайда болуы, температура арасындағы оң айырымының бар болуы мүмкін. Осылайша, конденсат температурасы, тұрба бетіндегі жасалған қабыршыққа әрдайым ағын өзегінде бу температурасы төмен.

Фазалық бөлімінің үстінде конденсат қабықшағының жіңішке сартқы қабығында бу және конденсат температуралары бірдей және фазалық айналым температурасына тең.

Фазалық бөлімінің үстінде парциалды бу қысымы кезінде, сыртқы беттердің температурасы қанығу температурасынан төмен болуы тиіс.

Бу конденсациясы кезінде жасырынды жылулық фазалық айналуын (бу түзілу)тударады.

Конденсацияның қажетті шарты конденсация үстінен жылуды алу(салқындататын сумен бу конденсациясының жылу алмасуы).

Конденсатордағы бу конденсациясы кезінде жылу және масса беруі. Конденсатор бетіның жылулық есептеу белгілі жылу беруден ортақ курстан тұрақтанып жатыр

Q = F*k* t_ср, (1.36)

мұнда Q- бу конденсаторы кезіндегі салқындатқыш сумен жылы қабылдау саны, кВт;

F- конденсатордың суу беті, м;

k- жылу берудің ортақ коэффициенті (ортақ бетінің сууы), кВт/(м)

t_ср. – бумен және салқындатқыш судың арасындағы температураларының орташа айырымы(орташа температуралық қысым), ^о С.

Конденсатор бетінің жылу балансы келесі түрде жасалуы мүмкін

Q = D_k* (i₂ -i_k) =W*(t₂ –t₁)*С_в (1.37)

мұнда D_k – конденсаторға түсетін бу саны, кг/с;

W – салқындататын судың шығыны, кг/с;

i₂ - бу энтальпиясы, кДж/кг;

i_к - конденсат энтальпиясы, кДж/кг;

t₁- конденсаторға кіретін салқындатқыш судың температурасы, ^оС;

t₂- конденсатордан шығатын салқындатқыш судың температурасы, ^оС;

С_в. – судың жылу сыйымдылығы, кДж/кг.

Жылу беру теңдеуі және жылулық баланстың теңдеуін салыстыру F конденсаторындағы салқындату бетін анықтау үшін келесі формуланы береді

F = W*(t₂-t₁)*Св/(k* t_ср). (1.38)

Жылу берулер коэффициенті конденсатордың суу бетіндегі әр түрлі нүктелерінде бірдей емес. Беті бойынша жылу беру коэффициент мәндерінің бөлу сипаты алдын ала белгісіз және F анықтау үшін орташа k мәнмен пайдалану керек. Температуралық күш те конденсаторға қоспалар ағыны жолы бойынша маңызды өзгереді.

Шексіз салқындатқыш беті үшін жазып аламыз

dQ = k*Q*dF (1.39)

мұнда k- жергілікті температуралық қысымы, tn және tв бу температурасы және салқындатқыш судың сыртқы элементі.

Бұл жағдау үшін жылу алмастыру аппаратындағы есептеуіндегі байланыспен табамыз.

k= 1/R=1/(Rn+Rcm+Rв), (1.40)

мұндағы R_n- будан тұрба қабырғасына жылу беру прцессіндегі жылулық кедергісі;

R_сm- қабырғаларға жылулық кедергі;

R_в - қабырғадан суға жылу беру процессіндегі жылулық кедергі.

Rn символының астында күрделі физикалық кешен жасырын ұсынылған, сыртқы конденсаторда жылу алмасу жағдайы үшін Rn шартты түрде жылу кедергісі деп атайды.

Турбина конденсаторының бет жағында терең ыдырау кезінде бу–газ(бу–ауа) қосындысынан бу конденсаци орны әрдайым бар. Конденсатордағы физикалық процесстердің ерекшеліктерін анықтайды.

Конденсациялық тұрба конденсациялық қабыршықпен қоршалған, сұйық және газ фазаларының бөлімінің шекарасымен келеді.

Ағынның өзгерістері тек қана қозғалатын орталарға жіңішке шекаралық қабатта болып жатыр. Жылдамдық Wn, қысым P және температура t ағынның қиылуы үшін(оның қозғалысына бағытталғын) басқы массалық ағынында. Ағынның жылдамдықтардың айнымалы өрісі ағылатын беттің жанында гидродинамикалық шекаралық жікте пайда болып жатыр (конденсат қабықшықтың бетінің жанында).

Газ сияқты фазалар температуралардың және қысымдардың өзгерісі болған қабатқа қоршаған бетке жабысып тұратын, жылулық шекаралық қабатпен деп аталып жатыр.

Жалпы алғанда жағдайға гидродинамикалық шекаралық қабаттың тең жуандыққа жылулық шекаралық қабаттың жуандық.

Конденсация процессінде жылу және конденсацияның бетінен өзек ағынынан(массасы) бу-ауа қоспасынан заттарды тасымалдау.

Фазалар бөлімінің беткі бойымен бу-ауа қоспасының ағынындағы қозғалыстарға негізгі бағытқа нормалы зат ағынына бұл бетке бағыттаған көлденең таңылып жатыр.

Қозғалатын бу-ауа қоспаларынан жылу беру газ сияқты фазада конвекциялық жылк алмастыру жолымен ішінара іске асып жатыр; жылу алмасудың бұл түрі бұл жерде болмашы рөл ойнап жатыр және онымен менсінбеуге болады. Конденсат қабыршығы арқылы салқындатқыш суға берілетін жылу, (масса беру) массаларға тасымалдау процессте жылу фазалық айналулар ұсынып жатыр.

Конденсациялар процессі болған фазалардың бөлімінің беті, бу молекулаларырың бөліктерін жұтуы, өтімді болатын конденсациялайтын бу молекулалары үшін, бірақ өткізбейтін (ауа) қоспа инерті компонент үшін.

Конденсациялар процесстің қарқыны анықталуы:

– негізгі массалық қосындысысынан бөлшектердің тасымалдау жылдамдығы(өзек ағынынан), конденсация бетіне, яғни фазалар бөліміне;

– конденсация қабыршығы арқылы конденсация кезінде жылулықтың қарсылық жылдамдығы.

Конденсация бетіне бу бөлшектерінің тасымалдауы, фазалар бөлімін қапталған бетін молекулярлық және диффузиялық турбулента арқасында бу–ауа қабыршағы арқылы өтеді (молекулярлық диффузия - төмендеу бағытындағы молекула заттардың тасымалдануы, молекулалардың жылулық қозғалысының концентрациясы кезінде; турбуленттік диффузия турбулент кедергі жасау ортасына анықтайды).

Салқындау бетіне бу бөлшектерінің құйылуы концентрацияның айырымнан тәуелді болады немесе өзек фазалардың бөлім бетінде және ағынына парциалды қысымдардан: Рn-Pф = Рn. Бу парциалының қысымы конденсацияға бетіне бу бөлшектерінің тасымалдау шарттар жасау үшін бұл бетке бағытта төмендеуге тиісті. Ауада бұл шоғырландыруда және парциалды қысымда, керісінше, конденсация бетінде қоспада ортақ қысымда тұрақты тәртіпте өзгеріссіз қалғандықтан өседі. Демек, ауадан бу-ауа қоспаларынан бу конденсациясы суу бетінде шоғырландырып жатыр. Шекаралық жікте ауаның үлкен шоғырландыруы бұл жіктің қосымша диффузиялық кедергі анықтап жатыр.

Сәйкестінде бу парциалды қысыммен бірмәнді сабақтас қоспадан бұл температурадан, конденсацияға бетке бағытта төмендейді.

Газ сияқты фазада температуралардың құламасын белгілейміз: tn – tф = Qr, ал құлама конденсаттық қабыршақта: tф–tcm = Qпл.

Жылы тасымалдау тұрбаның сыртқы бетінде конденсаттық қабыршақ арқылы конденсация бетінен қабыршақтардың жылу өткізулерді есептеу арқасында болып жатыр. Температуралардың айырымы жылы қабыршақта қозғаушы күшпен тасымалдаудың Qпл келіп жатыр.

Жылу процесстері және жылу алмасуғы бұқара айырбас анықталып жатыр, (қабырқақтың үсті бойынша бағытта) көлденең ағыны олардың ағынның ұзындығы бойына жылдамдықтардың гидродинамикалық және жылулық шекаралық жіктердің және бөлудің жуандықтар өзгерісі шақырып жатыр және жағдаймен таза айырбастан салыстыру бойынша.

Жылдамдықтардың гидродинамикалық шекаралық жіктің және профильдің жуандықтар өзгерісі, онда фазалар бөліміне параллел бетінде, бұл жікте қозғалатын бөлшектермен арасында импульсмен айырбаспен, және шекаралық жік арқылы нормалы бөлім бетіне қозғалатын бөлшектермен шақырылады. Көлденең ағында бұл бөлшекте өзінің жылдамдығын азайтып жатыр, ал негізгі ағын жылдамдатып жатыр.

Жылулық шекаралық жіктің жуандықтарының өзгерісі және температуралардың және парциалды қысымдардың бөлуі, онда жылу бұл жікте қоспасымен негізгі және көлденең ағындармен арасында айырбас есептің артына болады және заттан көлденең ағындардан тығыздықтан тәуелді болып жатыр. Бұқара айырбасқа жылу алмасудың ықпалы өрнектеліп жатыр, температурадан бөлуден бұқара айырбастың процессін сипаттайтын орталар физикалық параметрлерін бөлу тәуелді болып жатыр.

Конденсацияда босатылған жылу саны, конденсат жік арқылы тұрбалар қабырғаға толық тапсыруы тиісті. Жуандық бойынша конденсат қабыршағы кедергіден тәуелділікте (Qпл = tф – tcm берілген) қойылған лайықты температуралық күш оның бекітіліп жатқан, фазалар бөлімі бетіне бу температурасы анықталған.

Осылайша, конденсаторға бу кеңістігіндегі жылу бірлескен процесстер және массы беру әр түрлі физикалық табиғат бойынша ағылады. Rn қыздыру кедергі бойынша екі кедергі сомамен көрсетілген

R_n = R_в + R_пл = (t_n-t_cm)/q, (1.40)

мұнда q = Q/F суу 1м беті арқылы өтетін меншікті жылулық ағын, кВт/м;

R_пл - конденсат қабыршақтарының қыздыру кедергісі;

R_в- кедергі конденсаттық қабыршақ бетіне зат тасымалдаудан шарттармен сабақтас(масса беру).

Қоспадағы ауаның үлкен концентрациясы кезінде Rn ортақ кедергілердің түбегейлі бөлігін Rв құрап жатыр және керісінше, таза бу конденсация кезінде жаратпады.

Конденсаторлардың байланыстары есептеу кезінде жиі қолданылады

R_n = 1/L_n, (1.41)

Tn-tcm температураларда айырым кезәінде конденсаторлық тұрбалардың қабырғаларына бу-ауа қоспаларынан жылу беруге ортақ есептеу коэффициентке Ln сияқты шамаға ұсынысқа алып келеді.

Эмпирикалық формулалар бойынша анықтайтын шартты коэффициентымен пайдаланып Ln, Fпо 2 байланыс бетімен шектелген бөлімше k үшін жылу берулер ортақ коэффициенттің мәнімен есептеуге болады:

k = 1 / ((1/L_n) + R_cm + R_в). (1.42)

Date: 2016-05-23; view: 1136; Нарушение авторских прав