НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Движение"

взаимное движение теплоносителей в направлениях, пересекающихся под углом ф.

Таким образрм, любое взаимное движение теплоносителей уподобляется некоторому гипотетическому ф-току.

Они позволяют по заданной характеристике схемы тока произвести расчет для любой схемы взаимного движения теплоносителей.

Среды в аппарате меняют температуру на всем пути своего движения.

Движение вязкой среды описывается системой дифференциальных уравнений, известной под названием уравнений Навье — Стокса.

Пограничным слоем называют область по* тока, где на движение среды оказывает заметное влияние присутствие твердой границы.

Это связано с тем, что в основной массе потока (вдали от стенки) его движение удовлетворительно описывается законами движения идеальной (лишенной вязкости) среды.

Если поток движется внутри трубы, то пограничный слой, постепенно развиваясь, заполнит все сечение, и дальнейшее движение не вносит изменений в структуру потока.

Подстановка этих скоростей в уравнения движения позволяет получить лишь некоторые качественные представления о характере турбулентного движения.

В частности, для сохранения формы уравнений движения полные касательные напряжения можно представить как сумму вязкой и турбулентной составляющих т = тр, + тт причем * Однако, поскольку нет способа опре-Рис.

w'x и w'y, невозможно определить профиль скоростей путем решения уравнений движения.

Предполагается, что при движении малого объема жидкости в турбулентном потоке его целостность сохраняется на протяжении некоторого пути /, который получил название пути перемешивания.

При ламинарном движении и в турбулентном режиме, когда толщина ламинарного подслоя больше Д, влияние шероховатости стенки пренебрежимо мало.

Необходимо отметить, однако, что при ламинарном движении расчет каналов некруглого сечения не сводится к расчету круглой трубы даже при применении эквивалентного диаметра.

Поэтому для некруглых каналов при ламинарном движении используются специальные зависимости (табл.

Хотя температурное поле явно не фигурирует в уравнениях движения, однако в них есть величины, зависящие от температуры.

Решения дифференциальных уравнений движения при изменении свойств получить не удается, поэтому на практике неизо-термичность потоков учитывается на основе опытных данных.

Следует указать, что содержание данного раздела ограничивается достаточно узкой задачей расчета гидравлического сопротивления при- движении двухфазных потоков в каналах, геометрия которых характерна для широко используемых типов теплообменных аппаратов.

Для более подробного ознакомления с современными представлениями о движении двухфазных потоков и задачами, решаемыми на этой основе, целесообразно обратиться к уже упомянутым здесь монографиям,

Уравнение баланса количества движения и основные модели двухфазных потоков.

Уравнение баланса количества движения для элементарного участка канала длиной 6L, наклоненного под углом а к горизонту (рис.

При использовании этого метода вместо двухфазного рассматривается поток некоторой гипотетической среды, обладающей эффективными свойствами, определяющими гидравлическое сопротивление ее движению.

При небольших давлениях для описания изменения иг = f(Pn) используют, в зависимости от конкретных условий движения среды в канале, адиабатический или изотермический законы расширения идеального газа.

Естественно, точность подобной оценки невелика, и ее следует использовать при умеренных скоростях движения потока.

Вследствие этого наряду с гомогенной моделью широко используются так называемые модели раздельного движения фаз.

Градиент давления однофазного потока определяется для массового расхода среды, равного расходу соответствующей фазы в двухфазном потоке, при условии его движения полным сечением в канале в отсутствие второй фазы.

Для гидравлически гладких труб при турбулентном движении в них однофазных потоков градиенты APTp/A?

Аналогично, для модели раздельного движения фаз при использовании методики Мартинелли имеем L

Гидравлическое сопротивление продольно-омываемых пучков труб при движении двухфазных потоков.

Местные сопротивления связаны с изменением профиля скорости в потоке вблизи препятствия и могут быть определены на основе рассмотрения уравнения количества движения.

Запишем закон сохранения количества движения для двух сечений потока, обозначенных на рис.

Наибольшее распространение нашла следующая формула, полученная на основе закона сохранения количества движения, примененного к схеме, изображенной на рис.

Вычислить гидравлические сопротивления трения при движении в трубе двухфазного потока по методу, основанному на гомогенной модели потока, по методу Мартинелли и методу Бароши.

Обычно такой теплообмен сопровождается какой-либо формой движения теплоносителя, и его интенсивность, таким образом, определяется интенсивностями процессов конвекции и теплопроводности.

Если движение теплоносителя происходит за счет перепада давления, создаваемого насосом, вентилятором, компрессором и тому подобными устройствами, то конвекцию принято называть вынужденной.

Когда же движение возникает за счет массовых сил, вызванных, например, перепадом температур, то конвекция называется естественной.

Интенсивность процесса конвективного теплообмена существенно зависит от условий движения среды, которые, в частности, определяются скоростью течения и геометрией канала.

При движении жидкости в изогнутых трубах в потоке возникает вторичная циркуляция за счет действия центробежного эффекта.

В принципе, процесс естественной конвекции описывается дифференциальными уравнениями движения (с учетом массовых сил) и энергии.

2) вынужденное движение отсутствует;

3) конвекция имеет характер стационарного ламинарного движения; •

Поскольку температура пластины выше, чем температура среды, на границе возникает подъемное движение нагретого слоя жидкости, толщина которого б меняется по высоте.

Переменная по высоте толщина движущегося слоя 8 может быть найдена путем решения уравнения движения.

Турбулентное движение жид- Локальное ** >6- 10Э 0,15 0,3 кости у вертикальной стенки

Движение жидкости у гори- Среднее — 0,5 0,25 зонтальной круглой трубы * Среднее значение коэффициента теплоотдача а=1,25а.

Второе явление характеризуется собственно процессом конденсации пара, который отличается той особенностью, что число молекул пара, конденсирующихся на единице площади поверхности раздела фаз за единицу времени и удерживаемых поверхностью конденсации, обычно оказывается вследствие теплового движения молекул несколько меньше общего числа молекул пара, поступающих из объема к поверхности раздела.

Ламинарное течение пленки конденсата может сопровождаться ее волновым движением, обусловленным силами поверхностного натяжения на границе между пленкой жидкости и паром, а также случайными возмущениями на поверхности пленки.

Так называется вид тока, при котором направления течения теплоносителей перекрещиваются под прямым или каким-либо другим углом (исключая, разумеется, углы 0 и л, когда движение становится параллельным).

4) пленка конденсата представляет собой строго плоскую поверхность, и движение жидкости направлено только в направлении оси х (рис.

В действительности же наблюдается беспорядочный нестационарный характер волнового движения пленки, обеспечивающий более интенсивное перемешивание жидкости и, как следствие этого, более интенсивную теплоотдачу.

Для этих условий, как было показано Лабунцовым [95], поправка на волновое движение зависит от безразмерного комплекса Re Ка~'/п.

SPX изменяется незначительно и поэтому поправка к формуле Нуссельта, учитывающая развитие волнового движения, может быть выражена в виде функции критерия Рейнольдса для пленки конденсата; eB = Re°nf (4.

25) где Кепл относится к нижнему по ходу движения конденсата сечению пленки.

18) или с учетом поправок на волновое движение, изменения физических свойств жидкости с температурой и.

Авторы работы [30] объясняют эти отличия влиянием внешнего возмущения, вызываемого движением пара на изменение режима течения пленки конденсата, а также влиянием поперечного потока массы конденсирующегося пара на касательное напряжение трения, так как с ростер температурного напора влияние поперечного потока массы увеличивается.

Для случая спутного движения пара при конденсации его на вертикальной охлаждаемой поверхности локальный коэффициент теплоотдачи движущегося пара удовлетворительно описывается уравнением [26]: -gL = о,125 (Упк + 16 + 2 у IQ (УПк+16 - У П700'5 (4.

При конденсации движущегося пара на горизонтальном пучке труб вследствие частичной конденсации происходит снижение скорости пара в направлении его движения в пучке и увеличение толщины пленки конденсата на нижележащих трубах за счет стекания конденсата с вышележащих труб.

Средний коэффициент теплоотдачи для труб первого ряда можно определить с учетом влияния скорости движения пара на теплоотдачу по уравнению [25]:

2) течение, характеризующееся совместным и соизмеримым воздействием силы тяжести и силы межфазного трения, возникающей при относительном движении пара и жидкости в трубе;

В вертикальных трубах при спутном движении пара силы динамического воздействия парового потока и силы тяжести совпадают по направлению, вследствие чего увеличивается скорость течения пленки, уменьшается ее толщина и возрастает коэффициент теплоотдачи.

При движении пара снизу вверх течение пленки конденсата может замедляться вследствие подтормаживающего действия трения, что приводит к увеличению толщины пленки и уменьшению теплоотдачи.

При больших скоростях движения пара возможен даже срыв пленки с поверхности стенки и образование парожидкостной смеси в ядре потока.

При конденсации пара в горизонтальной трубе пленка конденсата, образующаяся на стенке, под действием силы тяжести движется сверху вниз со значительным скосом по направлению движения потока.

На пленке конденсата и на поверхности ручья образуются волны, перемещающиеся в направлении движения пара.

В случае ламинарного режима течения пленки конденсата и спутного движения пара при значениях критерия Z ^ 1000 опытные данные хорошо аппроксимируются формулой (4.

Согласно этой модели, предполагается, что на внутренней поверхности трубы образуется три участка движения конденсата: начальный, верхний и ручей.

Тройная аналогия между переносом количества движения (импульса), тепла и вещества.

Основываясь на аналогии между процессами переноса количества движения, тепла и массы, можно в определенных условиях приближенно определять коэффициенты теплоотдачи или коэффициенты массоотдачи по опытным данным о трении, либо коэффициенты теплоотдачи по опытным данным о массоотдаче, и наоборот.

Для вынужденного движения парогазовой смеси они имеют вид:

Анализ опытных данных показал, что присутствие воздуха в паре до 1 % при движении парогазовой смеси со скоростью

При вынужденном движении парогазовой смеси опытные данные по тепло- и массоотдаче с погрешностью ±8% аппроксимируются следующими критериальными уравнениями: \и = 0,00264 Re':i'89Pr0'5V°>93 (5.

Зависимость критической степени пересыщения пара от скорости движения.

В процессе работы теплообменник неизбежно потребляет энергию, расходуемую на преодоление гидравлических сопротивлений при движении теплоносителей.

Параллельно-смешанным током называют такую* схему взаимного движения теплоносителей, при которой оба потока текут преимущественно параллельно, но взаимная ориентация направлений может многократно меняться.

133) для вынужденного движения бинарной паровой смеси, записанные в степенной форме, имеют вид:

Поэтому второй задачей проектного расчета является определение энергии, расходуемой на движение теплоносителей.

Жидкость при этом может двигаться организованным потоком или находиться в самоустановившемся свободном движении.

Процессы парообразования оказывают на интенсивность теплообмена существенное влияние, связанное как с ростом и движением паровых пузырьков вблизи поверхности теплообмена, так и с наличием паровой фазы в объеме жидкости.

Тем не менее, особенно в последние годы, появилось много работ, посвященных изучению механизма отдельных процессов, сопровождающих кипение (образование и рост паровых пузырьков, частота их отрыва, движение в жидкости и т.

Наиболее заметное влияние вынужденного движения жидкости проявляется в области малых плотностей теплового потока, а также при большой доле пара в потоке.

Допущение об активации единичного центра парообразования позволяет определить необходимый для начала кипения перегрев стенки относительно температуры насыщения и в том случае, когда известно распределение температуры в пристенном слое жидкости и жидкости при ее организованном движении в каналах.

К числу таких фактОроЁ относятся инерционные силы реакции жидкости, подвергающейся сферическому расширению, вязкостные силы, проявляющиеся при движении жидкости, теплоподвод к границе раздела фаз, скорость испарения жидкости с поверхности раздела фаз и т.

Наконец, движение оторвавшегося пузырька также может иметь важ* ные последствия для условий зарождения очередных зародышей, формируя гидродинамическую картину вблизи центров парообразования.

Система, описывающая процесс передачи тепла в жидкости при -кипении, включает в себя уравнения: энергии • движения •—- + w grad Т = aV'T - — -- h (w grades) = — grad -P + vV2o» т р сплошности div w — О •223 равновесия подъемных сил и сил сопротивления, приложенных к пузырьку при его всплытии в жидкости со скоростью и я , и2 - -g- g (РЖ - РП) = Cf -j D-p Y теплообмена на границе раздела фаз ' d

Выполнение неравенства соответствует вихревому движению пара в пленке.

Кипение в каналах при организованном движении жидкости

Кипение жидкости при организованном ее движении в каналах находит широкое применение в теплообменник аппаратах различного назначения, К ним относятся паровые водотрубные котлы, прямоточные котлы и парогенераторы, кипятильники массо-обменных колонн, пленочные испарители и другие аппараты.

Общим для этих аппаратов является генерация пара в движущемся потоке, хотя причины, вызывающие это движение, могут быть различными.

Например, движение жидкости в пленочных аппаратах со стекающей пленкой обеспечивается массовыми силами в поле тяготения; в водотрубных котлах с естественной циркуляцией и кипятильниках движение парожидкостного потока происходит вследствие разности плотностей в подъемных и опускных каналах циркуляционного контура, а в прямоточных котлах движение потока обеспечивается применением циркуляционных насосов.

Изменение температуры жидкости и температуры поверхности теплообмена по длине канала при организованном движении потока: / — область конвективного теплообмена жидкости, недогретой до насыщенного состояния; // — область пристенного кипения жидкости, недогрр-Toi't до насыщенного состояния; /// —область развитого пузырькового кипения жидкости в насыщенном состоянии; IV — область ухудшенного теплообмена; V — область перегрева пара.

На участке / теплоотдача определяется конвективными токами жидкости при вынужденном движении однофазного потока.

Вплоть до этого значения температуры коэффициент теплоотдачи рекомендуется рассчитывать по зависимостям для вынужденного движения однофазных потоков.

35) позволяет рассчитывать значение коэффициента теплоотдачи при развитом пузырьковом кипении жидкости при организованном движении потока в трубах.

Важно подчеркнуть, что теплоотдача на этом участке полностью определяется конвективными токами, формирующимися при движении двухфазного потока.

Характерной особенностью теплоотдачи при движении двухфазного потока в каналах является возможность ухудшения теплообмена при значительно более низких плотностях теплового потока, чем ^Крь соответствующее первому кризису пузырькового кипения.

Константа, стоящая в правой части этого уравнения, определена при обработке экспериментальных данных, полученных для вертикальных каналов с подъемным движением среды.

Это связано с неопределенностью условий движения жидкости после ухудшения теплоотдачи.

При высоких значениях плотности теплового потока в каналах с организованным движением двухфазного потока может наступить кризис первого рода.

Поскольку такие режимы не характерны для теплообменников, используемых в химической промышленности, в данном разделе методы расчета критических тепловых потоков при движении среды в каналах не рассматриваются.

Она позволила существенно упростить картину движения в турбулентном потоке и получать практические результаты при моделировании явления, имеющего чрезвычайно сложный характер.

2) логически приводит к возможности описать его движение простыми алгебраическими выражениями.

Кирпичевым [78] в качестве критерия было предложено использовать отношение двух видов энергии: тепла, переданного через данную поверхность нагрева и работы, затраченной на преодоление сопротивления движению, или, что то же, отношение теплового потока к затраченной мощности

Так, в градиентном методе движение осуществляется по направлению, обратному градиенту функции ф(х), т.

В методе наискорейшего спуска вычисляется градиент в исходной точке и по этой линии (опять-таки в направлении, обратном градиенту) производится движение до тех пор, пока функция q>(x) не достигнет минимального значения.

На каждом этапе движение к точке минимума осуществляется обычно за несколько шагов, которые делаются в одном и том же направлении — по линии градиента в исходной точке данного этапа.

Поскольку в окрестности точки локального минимума значение функции возрастает при движении в любую сторону, то метод спуска не позволяет улучшить полученное решение.

Выбор схемы взаимного движения сред в аппарате требует тщательного анализа.

Во всех подобных случаях схема взаимного движения теплоносителей становится отличной от параллельного тока.

лений ДРС при движении однофазной среды ДЯ0 в опускном канале / и движении двухфазного потока ДРДВф в подъемном канале 2 (на участке между сечением А — А и входом в колонну) равна подъемной силе ДРДВ:или

Аналогично рассчитывают контур естественной циркуляции, образованной опускным каналом и вертикальным кипятильником, в котором кипение жидкости происходит при ее движении внутри труб или в каналах более сложной формы, например при использовании в качестве кипятильников пластинчатых теплообменных аппаратов.

Минимальную площадь сечения расходного кармана 3 в кубе колонны выбирают из расчета, чтобы скорость опускного движения жидкости не превышала скорости всплытия паровых пузырей, захватываемых при разделении парожидкостной смеси.

Опытные данные были получены для случая движения оборотной воды внутри труб на углеродистой стали, имеющих внутренний диаметр 16 н 21 ки.

2, заимствованной из американского стандарта для расчета кожухотрубчатых теплообменников при обеспечении достаточно высоких скоростей движения оборотной воды в каналах.

Кипение в каналах при организованном движении жидкости.




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru