Интенсивности теплообмена

г)тот метод применен к расчету процессов тепло- и массооб-мена в центробежном теплообменном аппарате [4] . При разработке метода коэффициент Ка преобразован в коэффициент интенсивности тепломассообмена Km, который более удобен для расчета:

Позже были проведены исследования по тепло- и массообмену между водой и выхлопными газами дизеля с температурой до 370 °С и получена следующая зависимость: Km = 2, 58 Ней ' X XBw~°'1?Weo'63(L/Z))~~0'u. Как видим, общей зависимости для тепломассообмена во всем температурном диапазоне не было получено, что отражает недоработанность теории. Вместе с тем основное уравнение данного метода расчета — уравнение интенсивности тепломассообмена выведено независимо от какого-либо определенного типа контактного аппарата и схемы движения сред в нем, т. е. является достаточно общим. Кроме того, в нем учтены реальные средний температурный напор и площадь поверхности контакта в виде их произведения.

Учитывая частный характер зависимостей, третью группу методов следует применять для ограниченного круга контактных аппаратов, а для расчета новых аппаратов рекомендовать более общие методы, к которым, в частности, можно отнести упомянутый ранее метод с использованием коэффициентов интенсивности тепломассообмена.

Используем те особенности и условия, которые были высказаны выше, и выведем уравнение интенсивности тепломассообмена аналогично выводу уравнения интенсивности теплообмена. При этом движущей силой процесса будет разность температу-ры жидкости и температуры газа по смоченному термометру, а перенос теплоты от одной среды к другой будет характеризовать коэффицеинт полного теплообмена (или коэффициент тепломассо-

обмена) а. Итак, запишем вывод уравнения интенсивности тепломассообмена, имея в виду новые особенности и обозначения, связанные с наличием массообмена (рис. 2-4):

После подстановки JQ в уравнение (2-15) и разделения переменных получим дифференциальное уравнение интенсивности тепломассообмена

Получаем уравнение интенсивности тепломассообмена

Аналогично К,а коэффициенты At и Щ = atnмF^ = = • — 1п(Д?г. м/Д^ом) = — In Д< могут быть использованы в качестве определяемых чисел подобия, но удобнее в расчетах использовать числа подобия с меньшим количеством параметров сред. Поэтому преобразуем уравнение (2-20) в уравнение, аналогичное (2-13). В результате получим выражение для коэффициента интенсивности тепломассообмена:

Итак, в результате анализа уравнения интенсивности тепломассообмена установлено, что расчет параметров жидкости и газа в широком диапазоне их изменения для любых процессов, контактных аппаратов и схем взаимного движения сред может быть произведен с помощью двух определяющих чисел подобия:

В комплексе Kt, как видно из уравнения интенсивности тепломассообмена, учтено влияние числа Bmj на теплообмен. Однако нужно еще учесть его влияние на гидродинамику. Кроме того, степень влияния комплекса Bnii на комплекс Kt и на число Ей в целом может быть различной, поэтому совсем исключать Bmi нет оснований. Присутствие Bmj в Kt ставит вопрос об объединении Kt и Bmi в одно число подобия в уравнении (2-46). Однако теоретически количественные соотношения определить не представляется возможным.

Числа Re и Kb, как и для уравнения интенсивности тепломассообмена, могут быть отнесены к начальным параметрам сред. Определение расчетной скорости потока в сложных гидродинамических условиях может быть затруднено или становится невозможным, поэтому целесообразно скорость газа также относить к начальным параметрам газа и к сечению каналов на входе газа в реактивное пространство. Для аппаратов, в которых основным является сопротивление газожидкостного слоя, можно ожидать, что постоянный коэффициент А в уравнении (2-47) будет близок к коэффициенту сопротивления частиц жидкости движению газа.

поверхности которой были расположены полушаровые вытеснители, имитирующие бесконечный шаровой слой, распределение «среднего коэффициента теплоотдачи составляет ±7% усредненного значения а, а значение последнего хорошо согласуется количественно со значениями, подсчитанными по предложенной ранее зависимости (4.18) и обобщенной зависимости (4.24) при значении объемной пористости т = 0,4. При опускании шаровых электрокалориметров по высоте на 10 диаметров шаров до канала выгрузки, имеющего относительный размер Dyjd = ^, и при соотношении массовых расходов основного и встречного потоков ~1,36 над устьем канала выгрузки обнаружена зона пониженной интенсивности теплообмена, распространяющаяся на все сечение канала выгрузки высотой 5—6 диаметров шара. В этой зоне имело место постепенное снижение среднего коэффициента теплоотдачи от значения, полученного для верхней •части вдали от -области встречи потоков до вдвое меньшего значения для области вблизи устья канала. Линии равных •интенсивностей теплоотдачи располагаются практически в поперечных сечениях, но имеют волнообразный характер.

Качественно новые свойства достигаются при фазовом превращении потока теплоносителя внутри примыкающего к сплошной стенке проницаемого материала. В первую очередь, перенос теплоты от стенки теплопроводностью через пористый каркас (или в обратном направлении) исключает высокое термическое сопротивление у стенки, создаваемое сплошной паровой пленкой при кипении теплоносителя или сплошной пленкой конденсата при конденсации потока пара. Это позволяет полностью осуществить фазовое превращение потока при высокой интенсивности теплообмена. Кроме того, капиллярные силы создают равномерную насыщенность пористой структуры жидкостью, чем устраняется расслоение двухфазного потока в канале под действием внешних сил. Поэтому такой способ организации форсированного теплообмена при фазовых превращениях типичен, например, для систем при изменении их ориентации относительно направления силы тяжести или в условиях пониженной гравитации.

интенсивности теплообмена на входной

Рис. 3.4. Влияние интенсивности теплообмена на входной поверхности (параметра Stw) на характер распределения температур в проницаемой стенке при В=1,А = 10:

Следует обратить внимание на зависимость 1 для z* = 1 (рис. 3.6), так как она является нижней границей обозначенной штриховкой области параметров А к В, при изменении внутри которой z* < 1. В этом случае разность температур в — & на внешней поверхности (перегрев материала) не зависит от интенсивности теплообмена на входной, определяется только внутрипоровым теплообменом (параметрами А, В) и имеет минимальное значение, рассчитываемое с помощью получаемого из (3.16), (3.17) соотношения

Рис. 3.8. Влияние интенсивности теплообмена на входной поверхности (параметра Stw) на характер распределения температур в пористом твэле при В = = 10, А = 10:

Сочетание высокой интенсивности теплообмена с чрезвычайно развитой внутрипоровой поверхностью, обладающей необходимыми каталитическими свойствами, обеспечивает благоприятные условия для быстрого протекания химической реакции в потоке внутри нагреваемой проницаемой структуры. Применение химически реагирующих охладителей позволяет существенно повысить их тепловоспринимающую способность вследствие теплового эффекта эндотермической реакции. Выполненные оценки показали, что наилучшими свойствами для таких целей обладает аммиак, причем наиболее важными из них являются следующие: высокая теплоемкость и энтальпия диссоциации; довольно высокая скорость разложения в определенном диапазоне температур. В результате реакции образуются только газообразные продукты, которые не вызывают химической эрозии материала каркаса. Получающаяся в ходе диссоциации

Изложенный механизм справедлив для случая небольшой разности температур между пористым материалом и паровой фазой смеси. Совершенно по-другому испарение потока завершается в тех случаях, когда вследствие подвода теплоты теплопроводностью в область испарения температура пористой матрицы быстро возрастает. В этом случае в месте, где температура проницаемого каркаса достигает определенной величины Т*, соответствующей предельно достижимому перегреву жидкости, теплоноситель не может больше существовать в жидкостной фазе на поверхности частиц, жидкость перестает смачивать материал и микропленка свертывается в микрокапли. В итоге происходит резкое уменьшение интенсивности теплообмена при смене режима испарения микропленки на режим конвективного теплообмена дисперсного потока перегретого пара с мельчайшими каплями. Здесь микрокапли при столкновении с поверхностью каркаса уже не растекаются по ней, вследствие чего испарение их затруднено.

Уменьшение насыщенности пористого материала жидкостью приводит к резкому увеличению интенсивности теплообмена при s < 0,3. Как будет показано далее, величина s = 03 соответствует низкому паро-содержанию потока (х = 0,1), поэтому основная часть жидкости испаряется в высокоинтенсивном режиме s < 03-

уменьшения Xz при постоянной Х^ состоит в снижении осевого переноса теплоты теплопроводностью (увеличение Ре), что, как было показано для канала с однородной вставкой,приводит к снижению интенсивности теплообмена на начальном термическом участке.

Основной интерес представляет величина отношения а^д/а, характеризующая изменение интенсивности теплообмена при замене однородной пористой вставки теплопроводностью \у на анизотропную теплопроводность X_j,,-Xz при одинаковых прочих условиях: