Конденсация на кончике трубы

Конденсация на пучках труб обычно связана с большой скоростью пара обусловливает значительную производительность пучка. Из-за конденсации скорость пара непрерывно уменьшается по мере прохождения последней через пучок. Дополнительной особенностью теплообмена труб является влияние стекающего ли сорванной конденсата.

Уменьшение скорости пара при ее прохождении через пучок приводит к последовательному уменьшению теплоотдачи при увеличении номера ряда. К такому же эффекту приводит стекания конденсата с верхних труб на нижние. Расчет теплоотдачи осложняется тем, что ? для каждого ряда зависит от местных значений температурного напора, давления и скорости пара, законы изменения которых за рядами заведомо неизвестны и определяются искомым теплообменом.

При прохождении пара через пучок поле ее скоростей деформируется по сечению, что вносит дополнительные трудности. В настоящее время практически единственным способом определения теплоотдачи пучков является эксперимент.

Исследование теплообмена при конденсации водяного пара в трубных пучках выполнялось многими экспериментаторами. Остановимся на некоторых из них. В опытах С.Н.Фукса экспериментальный конденсатор представлял собой вертикальный канал прямоугольного сечения 522О193 мм, в котором размещался шахматный пучок с относительным шагом между трубами s1 / d = 1,475 и s2 / d = 1,275. Пар поступал сверху, по ходу пара насчитывалось одиннадцать рядов латунных труб диаметром 19 мм и активной длиной 522 мм. Всего пучок состоял из 72 горизонтальных труб. Теплоотдача измерялась в 1, 2, 3, 5, 7 и 11-м рядах на одной из труб ряда. Давление насыщенного пара составлял в опытах 0,0046 ... 0,103 МПа (0,047 ... 1,052 кгс/см2). Число Рейнольдса пара перед первым рядом трубок пучка менялось от 350 до 6000 (скорость рассчитывалась по широкому сечения). Температурный напор, как разница температур пара и стенки, составил 2,5 ... 15 К.

 

Практически относительный коэффициент теплоотдачи труб, которые находятся ниже, не отличается от коэффициента теплоотдачи первой трубы. При этом параметры пара берутся для свободного сечения перед соответствующим рядом.

Специальные опыты по выявлению влияния набегающего сверху конденсата показали, что это влияние незначительно и может описываться формулой (10.72). При практическом использовании формулы (11.164) после расчета коэффициента теплоотдачи необходимо ввести поправку на стекающий конденсат.

Кроме опытов при движении насыщенного водяного пара сверху вниз исследовался теплообмен при боковом подводе пара (Тн = 353 К). Параметры пучка оставались прежними, за исключением числа рядов по ходу пара которых было восемь. Количество подсос воздуха было незначительное. Опыты подтвердили справедливость зависимости (11.164) и для бокового подвода чистой насыщенного пара.

Сравнительные исследования теплообмена пучков труб с гладкой и мелко волновой (§ 10.5) поверхностью стенок выполнены на кончике с коридорной компоновкой с 84 мельхиоровых труб (каждый), расположенных горизонтально. Относительные шаги были s1 / d = s2 / d = 1,5, количество рядов по ходу насыщенного водяного пара, который двигался сверху вниз, равно двенадцати; внешний диаметр труб 16 мм (для волнистых труб эта величина соответствовала максимальному диаметру). Волнистые трубы выполнялись с круглой резьбой R = 0,35 мм (см. рис.10.13). Опыты показали, что коэффициент теплоотдачи в щепотке волнистых труб в среднем в 2 раза больше, чем в щепотке из гладких труб.

Компоновки трубных пучков конденсаторов паровых турбин достаточно сложные, что затрудняет использование приведенных данных в практических расчетах. Расчеты таких конденсаторов преимущественно выполняют по результатам их непосредственных испытаний. Такие исследования выполнялись при полной конденсации водяного пара в трубных пучках различных конденсаторов паровых турбин. Было испытано девять типоразмеров с поверхностями охлаждения от 30 до 935 м2.

Конденсаторы было одно-двух-и четырехходовой течение охлаждающей воды и различные наружные диаметры латунных и мельхиоровых трубок (от 14 до 22 мм). Компоновки трубных пучков были разные: веерные, ленточные и смешанные. Конденсатор площадью 540 м2 выполнен в двух исполнениях: веерная и ленточной разбивкой трубного пучка.

Исследования выполнялись в достаточно широком диапазоне изменения параметров. Давление пара в конденсаторах изменялся в пределах 0,00392 ... 0,0392 МПа, температура охлаждающей воды на входе в конденсатора составляла 0,4 ... 34 ° С, кратность охлаждения 15 ... 300 кг / кг, средняя скорость пара в узком сечении на периферии трубного пучка изменялась в пределах 8 ... 70 м / с; массовая скорость пара ?nwn0 = 0,67 ... 13,8 кг / (м2 · с). Максимальная массовая концентрация воздуха в паре на входе в конденсаторы составляла примерно 2.10 -4 ... 5.10 -5 кг / кг, что позволяет считать пару практически чистой.