Теплообмін при конденсації водяної пари на поверхні вільного струменя рідини

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

Український державний університет харчових технологій

Рогоза Олег Борисович

УДК 536.2, 664.1

ТЕПЛООБМІН ПРИ КОНДЕНСАЦІЇ ВОДЯНОЇ ПАРИ НА ПОВЕРХНІ ВІЛЬНОГО СТРУМЕНЯ РІДИНИ

Спеціальність 05.14.06 - технічна теплофізика та

промислова теплоенергетика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій.

Науковий керівниккандидат технічних наук, доцент ВАСИЛЕНКО Сергій Михайлович, завідувач кафедри теплотехніки УДУХТ.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор ТКАЧЕНКО Станіслав Йосипович,завідувач кафедри теплоенергетики,газопостачання та інженерного забезпечення будівництва Вінницького державного технічного університету;

кандидат технічних наук БАРАБАШ Петро Олексійович,завідувач НДЛ кафедри теоретичної та промислової теплотехніки Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут».

Провідна установа: Інститут технічної теплофізики НАН України.

Захист відбудеться 1 березня 2000 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої ради К 26.058.05 при Українському державному університеті харчових технологій за адресою: 252033, м. Київ, вул. Володимирська, 68, спеціалізовані ради УДУХТ, ауд. 311.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці УДУХТ за адресою: 252033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 1 лютого 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, канд.техн. наук В. М. Філоненко.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи

Утилізація теплової енергії вторинних енергоресурсів технологічних установок і апаратів котельних, дизельних і газотурбінних установок, регенерація теплової енергії в останніх, нагрівання води в контактних водопідігрівниках, випарне охолодження і гігроскопічне опріснення води, тепло- та вологооброблення повітря і вологісне очищення газів - ось далеко не повний перелік застосування контактних апаратів. Це пояснюється, по-перше, простотою їхньої конструкції і незначною металомісткістю порівняно з рекуперативними теплообмінниками, можливістю виготовлення з неметалевих матеріалів; по-друге - підвищенням ефективності установок завдяки повнішому використанню теплової енергії, можливості поліпшення параметрів термодинамічного циклу, регулюванню витрати робочого тіла, внутрішньому охолодженню або нагріванню установки; по-третє - можливістю створення нових установок та їхніх технічних систем, що забезпечують скорочення витрат палива, води, матеріалів, збільшення потужності, поліпшення умов праці та зменшення забруднення навколишнього середовища.

Контактні апарати широко застосовуються в харчовій промисловості, у першу чергу в цукровій, спиртовій та виноробній галузях. У цукровому виробництві на сьогодні найпоширенішими є контактні апарати, в яких вода розпилюється за допомогою відцентрових форсунок, та протитечійні каскадні підігрівники. Але у цих конструкцій розподілу рідини є ряд важливих недоліків, що спонукає до пошуку ефективніших систем.

Аналіз свідчить про перспективність застосування конструкції каскадного апарата з щілинними вирізами бортів полиць. На сьогодні у літературі практично немає результатів досліджень тепломасообмінних процесів в апаратах такого типу. Це ускладнює розроблення контактних апаратів, технічних установок і систем, оптимізацію за режимними і конструктивними параметрами, вибір засобів організації автоматичного регулювання, порівняння апаратів за ефективністю, пошук напрямів удосконалення та розширення меж застосування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконана відповідно до наукового напряму УДУХТ «Розробка нових основ тепломасообмінних процесів харчових виробництв з метою створення нового обладнання, засобів автоматизації та механізації», затвердженого вченою радою КТІХП 29 січня 1993 року, протокол №6, та науково-дослідної теми «Створити теоретичне, розрахункове та методичне забезпечення розробки та впровадження в харчову промисловість високоефективних тепломасообмінних апаратів з безпосереднім контактом фаз» [наказ Міносвіти №37 від 19 березня 1998 року].

Мета та завдання дослідження

Метою даної роботи є розроблення методики визначення та розрахунку теплогідродинамічних характеристик тепломасообмінних апаратів із безпосереднім контактом фаз та щілинними розподілювачами рідини при конденсації чистої пари та пари з парогазової суміші; розроблення математичної моделі перенесення енергії в суцільних струменях рідини при конденсації на їх поверхні пари.

Методи та об'єкти дослідження, вірогідність його результатів

Об'єктом дослідження є одиночні та суцільні вільні струмені рідини, на поверхні яких конденсується чиста пара та пара з парогазової суміші. Для експериментального дослідження використовувалась дослідна установка, в якій моделювалися процеси в промислових контактних апаратах змішувального типу.

Під час проведення експериментів та оброблення його результатів застосовувались апробовані методики, сучасні методи вимірювань та їх автоматизації. Для оброблення результатів дослідження застосовувались методи регресивного аналізу, математичне моделювання та сучасне інформаційно-комп'ютерне забезпечення.

Наукова новизна одержаних результатів

Досліджено теплогідродинамічні характеристики струменів рідини при вільному витіканні крізь вертикальні щілини (водозливи) різних геометричних розмірів.

Проведено класифікацію режимів течії вільного струменя рідини при обтіканні його парою, побудовано залежності для визначення умов початку диспергування струменів рідини, а також для розрахунку траєкторії руху вільних струменів рідини.

Виведено залежності для розрахунку теплообміну при конденсації пари на поверхні одиночних вільних струменів різних геометричних характеристик.

Виведено залежності для розрахунку впливу на теплообмін вмісту газів, що не конденсуються, при конденсації пари з парогазової суміші.

Розроблено математичну модель перенесення енергії в плоских струменях рідини, що враховує пригнічення турбулентності поверхневим натягом біля поверхні поділу фаз. Виведено залежність для розрахунку інтегрального теплообміну в плоских струменях рідини.

Практичне значення одержаних результатів

Можуть бути використані для проектування та повіркового розрахунку промислових контактних апаратів переливного типу:

?методики та залежності для розрахунку гідродинамічних характеристик витікання рідини з розподільного пристрою щілинного типу;

?залежності та математична модель для розрахунку теплообміну при конденсації чистої водяної пари і пари з парогазової суміші на поверхні одиночних та плоских вільних струменів рідини.

Особистий внесок здобувача полягає у:

- розробленні та впровадженні дослідної установки на діючому підприємстві цукрової промисловості;

- розробленні та впровадженні системи автоматизації дослідження на базі сучасної комп'ютерної техніки;

- розробленні методики досліджень гідродинаміки та теплообміну при конденсації пари на поверхні вільного струменя рідини;

- проведенні дослідів та аналізі їх результатів;

- розробленні математичної моделі перенесення теплоти в плоскому струмені рідини.

Апробація результатів дисертації

Основні результати дисертації доповідалися на: Всеукраїнській науково-практичній конференції «Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість» (17 - 20 жовтня 1995 р., м. Київ); Міжнародній науково-практичній конференції «Розробка нових технологій та обладнання для харчової та переробної промисловості» (19 - 24 жовтня 1997 р., м. Київ); наукових конференціях УДУХТ.

Результати роботи лягли в основу розробки підігрівників із безпосереднім контактом фаз, впроваджених на цукрових заводах України - Рокітнянському, Дубенському тощо. Розроблена методика передана УкрНДІЦП для використання при розробці тепломасообмінного обладнання.

Публікації

Результати роботи опубліковано в дев'яти статтях фахових видань та тезах доповідей на наукових конференціях, у двох патентах України.

Структура та обсяг роботи

Робота складається із вступу, п'яти розділів, висновків та додатків. Робота викладена на 128 сторінках, містить 57 рисунки, десять таблиць, додатків обсягом 12 сторінок. Список використаних літературних джерел містить 116 найменувань та займає вісім сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведено аналіз стану досліджень теплообміну при конденсації пари на струменях рідини та можливостей використання їхніх результатів для розрахунку теплогідродинамічних режимів промислових контактних апаратів. Проведено аналітичний огляд моделей перенесення теплоти в струменях рідини.

Наведено результати аналізу робіт, присвячених експериментальному дослідженню процесів конденсації на поверхні рідини, та аналізу отриманих авторами розрахункових співвідношень. Зроблено висновок, що співвідношення для розрахунку теплопереносу дійсні в обмеженій області зміни витратних параметрів досліджуваних потоків, застосування існуючих методик не дає змоги побудувати модель процесу, адекватну досліджуваному в даній роботі випадку.

Встановлено, що процес конденсації водяної пари на поверхні вільного струменя рідини в промислових умовах досліджено недостатньо, рекомендовані залежності мають обмежену область застосування та значну похибку.

Визначено завдання та обсяг дослідження.

У другому розділі наведено описи дослідної установки, методик проведення дослідів та оброблення дослідних даних. Виготовлення та випробування установки були проведені на Дубенському цукровому заводі (Україна, Рівненська обл.). Схему дослідної установки та її геометричні характеристики наведено на рис. 1. Рідина, що нагрівалась, подавалася з напірного трубопроводу в місткість 1. Після заспокоювача рідина подавалась через регулювальний клапан 4 на полицю 5. Для рівномірного заповнення на полиці встановлено заспокоювач 6. З полиці рідина методом переливу через вертикальну щілину (водозлив) 7 витікала в паровий простір. У дослідах використовувалися щілини різних геометричних розмірів, змінювалась також їхня кількість. У нижній частині апарата суміш рідини та отриманого конденсату відводилася через вимірювальний пристрій 8 по трубопроводу 9 в вимірник 10.

Пристрій 8 забезпечував надійне вимірювання кінцевої температури суміші рідини та отриманого конденсату. Освітлення забезпечувалося крізь вікна 12, 14 у верхній частині апарата лампами розжарення високої потужності.

До бокової стінки апарата приєднано дифузор 13 з трьома оглядовими скельцями 14 для фотографування, підсвічування та візуального спостереження за геометричними характеристиками струменя. Для підтримання постійної швидкості пари в робочому просторі апарата встановлено скляну перегородку 15 (500ґ600 мм, товщина 12 мм). На протилежну дифузору стінку нанесено координатну сітку 16.

Фотографування проводилося фотоапаратом Canon 500N. Для уникнення світлових відблисків на скляних поверхнях використовувався поляризаційний фільтр PRS-1,2. Під час оброблення результатів фотографування вносилися поправки на оптичний паралакс.

Для нагрівання рідини використовувалася насичена пара (p = 0,045…0,08 МПа, t = 61…85°С). Для моделювання режиму обтікання струменя рідини парою в апараті встановлено дві перегородки, які змінюють напрямок атаки струменя парою. Пара після установки відводилася на вакуум-конденсаторну установку підприємства.

Температура рідини перед вертикальною щілиною 5 та в пристрої 8 (температура суміші рідини та конденсату після апарата) вимірювалася за допомогою мідь-константанових термопар з діаметром дроту 0,5 мм. Окремою мідь-константановою термопарою вимірювалась температура грійної пари.

Щоб дослідити процес теплообміну при конденсації насиченої пари на струмені рідини, в даній дослідній установці вимірювалася середня адіабатична температура в трьох перерізах струменя. За допомогою адіабатичного вловлювача в струмінь вводилося три мідь-константанові термопари і визначалася середня температура рідини в цьому перерізі струмини.

Для регулювання вмісту неконденсованих газів у парі безпосередньо на вході в апарат вводилося повітря. Кількість його дозувалася за допомогою каліброваних отворів і контролювалась за допомогою апробованих методик.

Під час проведення експериментів для автоматизації дослідження використовувався комп'ютер IBM386 з технологічним комплексом І-7000. Загальну схему автоматизації дослідження наведено на рис. 2.

У третьому розділі наведено результати дослідження гідродинаміки вільного струменя рідини при обтіканні його водяною парою. Візуальне дослідження режимів течії цього струменя дало змогу умовно класифікувати та описати такі режими його руху:

1. Режим стійкої течії.

2. Хвильовий гідродинамічний режим.

3. Диспергований гідродинамічний режим.

4. Граничний гідродинамічний режим.

На підставі аналізу результатів візуального дослідження визначено критичні параметри початку диспергування струменя для різних геометричних та режимних характеристик течії.

Запропоновано умови руйнування струменя описати залежністю критичної безрозмірнісної висоти розпаду струменя від безрозмірнісних параметрів течії. Дослідні дані для щілин різних геометричних характеристик та меж зміни параметрів

Re = (3,0…4,5)?104; Weкап = =0,03…0,12; dгідр = 0,03…0,036 м задовільно апроксимуються залежністю

(1)

Щоб отримати граничні умови для побудови математичної моделі руху струменя, проаналізовано рівняння руху рідини на поверхні розподільних пристроїв різних типів, у тому числі конічних та кільцевих, з урахуванням спільної дії сил інерції та гравітації.

Витікання рідини із щілини внаслідок інверсії струменя має складний характер і, на відміну від руху суцільної пелени, основним методом його вивчення є експериментальний. Очевидно, внаслідок інверсії витічного струменя до граничних умов має входити не середня швидкість рідини в перерізі щілини , а швидкість течії в так званому стисненому перерізі , яка в результаті аналізу дослідних даних визначена як

.(2)

Аналіз результатів дослідження показав, що вплив парового потоку на одиночний вільний струмінь значно більший, ніж на суцільну пелену. Оскільки пара, що рухається між розподільними пристроями, внаслідок взаємодії з твердими поверхнями гальмується поблизу них, а форма струменя є змінною по висоті, очевидно, що сила опору струменя залежить від відношення . Для аналізу дію сили опору струменя замінюємо дією деякої «еквівалентної масової» сили з густиною (прискоренням) f, яка зумовлює зміну траєкторії струменя відповідно до діючої сили опору.

Методом аналізу розмірностей отримано таку систему безрозмірнісних величин для розрахунку цієї «еквівалентної масової» сили:

.(3)

Оскільки в дослідах число We' практично не змінювалось, залишаючись в межах 0,005…0,0053, його впливу не було відмічено. Функція має яскраво виражений екстремум, що дало змогу виділити дві зони впливу відносної висоти на f*. Дослідні дані були апроксимовані степеневими залежностями:

- область збільшення f* із зростанням y* (зона І)

,(4)

- область зменьшення f* із зростанням y* (зона ІІ)

.(5)

Траєкторія струменя рідини визначається інтегруванням диференціальних рівнянь руху струменя із застосуванням залежностей (4), (5). Як свідчить порівняння розрахункових та експериментально визначених треєкторій струменя, вже перше наближення дає змогу отримати задовільну відповідність між ними.

У четвертому розділі наведено аналіз результатів експериментального дослідження теплообміну при конденсації водяної пари на поверхні одиночного та плоского вільних струменів рідини.

Для побудови математичної моделі теплоперенесення в струмені рідини слід сформулювати крайову задачу з відповідними умовами однозначності. Однак складність течії одиночного вільного струменя не дає можливості визначити геометричні умови течії і, як наслідок, замкнути крайову задачу. В цьому випадку найдієвішим є метод аналізу експериментальних даних з метою отримання залежності для інтегрального розрахунку теплопереносу в струменях рідини. Для визначення загального вигляду рівняння, що апроксимуватиме результати дослідження, були застосовані методи теорії подібності, а для безпосереднього вибору системи безрозмірнісних комплексів, що найкращим чином описували б тепловіддачу при конденсації пари на вільному струмені, - методи регресивного аналізу.

У процесі аналізу результатів експериментального дослідження отримано залежність, яка дає можливість з мінімальною похибкою корелювати дослідні дані для одиночного вільного струменя, що витікав із щілини завширшки 15 мм (Reпр = 23000...45500; Weкап = 0,005...0,08; К = 11,5...27,4; y*' = (4,5...20)?103):

(6)

(коефіцієнт детермінації 94,46%), для струменя, що витікав із щілин завширшки 20 мм:

(7)

(коефіцієнт детермінації 71,66%), із для щілини завширшки 25 мм

(8)

(коефіцієнт детермінації 80,17%).

Щоб вивести залежності для розрахунку інтенсивності теплообміну під час конденсації на одиночних вільних струменях при змінній ширині щілини, було апроксимовано весь масив дослідних даних (рис. 5). Розрахункова залежність для щілин завширшки 15...25 мм має вигляд

(9)

(коефіцієнт детермінації 73,95%).

У разі витікання рідини з кількох близько розміщених щілин одиночні струмені рідини зливаються, утворюючи плоский струмінь. Побудова математичної моделі перенесення теплоти в плоскому струмені рідини видається можливою, оскільки відомі геометричні умови однозначності.

Визначена гідродинамічна структура плоского струменя рідини дала змогу побудувати математичну модель турбулентного теплоперенесення в ньому. В основу аналізу покладено такі основні положення:

- течія стаціонарна;

- струмінь рідини плоский;

- профіль температури сформувався;

- конвективними членами та теплопереносом вздовж струменя в рівнянні енергії нехтуємо.

Рівняння енергії у безрозмірнісному вигляді для довільного перерізу з урахуванням припущень записується так:

.(10)

Для аналізу виразу (10) застосуємо двошарову модель перенесення енергії, розбивши струмінь по товщині на дві зони.

1. Зона ядра течії, в якій турбулентна температуропровідність визначається за виразом для ізотропного турбулентного потоку

.(11)

2. Зона пригнічення турбулентності поверхневим натягом біля поверхні поділу фаз.

У результаті аналізу даних тепломасообміну в плівках рідини виведено модифіковане рівняння для визначення турбулентної температуропровідності в зоні пригнічення турбулентності

, де .(12)

Інтегруючи вираз (10) при граничних умовах

при ;(13)

при ,(14)

дістанемо вираз для визначення середньомасової температури рідини та локального безрозмірнісного коефіцієнту тепловіддачі St

.(15)

,(16)

Рівняння для визначення , потрібне для замикання математичної моделі, вивели, аналізуючи дослідні дані теплообміну в плоскому струмені на основі виразу (16). Як локальні значення характеристик течії використовували дискретні значення їх на окремих ділянках.

Вираз для розрахунку виведено у вигляді

.(17)

Результат порівняння розрахованих згідно із запропонованою моделлю значень числа Стантона з експериментальними даними наведено на рис. 6. Кількісний аналіз визначає максимальну похибку в межах 30%.

В інженерних, особливо попередніх, розрахунках, як правило, застосовуються моделі, які замикаються за допомогою емпіричних формул для визначення інтегральних значень коефіцієнта тепловіддачі. Оскільки в дослідах плоский струмінь формувався при витіканні із щілин завширшки 15 мм, для порівняння апроксимаційну формулу складали у вигляді, що відповідає формулам для одиночного струменя:

(18)

(коефіцієнт детермінації 92,66%).

У п'ятому розділі наведено результати дослідження конденсації водяної пари на струмені рідини в присутності газів, які не конденсуються.

В основу аналізу результатів експериментального дослідження теплообміну при конденсації пари з парогазової суміші на вільному струмені рідини покладено припущення про вплив динамічної дії парового потоку на зменшення інтенсивності теплообміну внаслідок наявності газів, що не конденсуються.

Результати аналізу підтвердили наявність цього впливу, а кореляційне рівняння, яке чисельно його описує, виведено у вигляді

.(19)



ВИСНОВКИ

1.Розроблено класифікацію режимів течії вільного струменя рідини при обтіканні його водяною парою.

2.Досліджено граничні параметри одиночних вільних струменів рідини при обтіканні їх водяною парою.

3.Отримано залежності для визначення параметрів початку диспергування вільного струменя рідини.

4.Визначено граничні умови для випадку витікання рідини з розподільного пристрою щілинного типу.

5.Отримано емпіричні залежності для інтегрального розрахунку теплопереносу в одиночних вільних струменях рідини.

6.Розроблено математичну модель теплообміну при конденсації водяної пари на поверхні плоского вільного струменя рідини, що враховує пригнічення турбулентності поверхневим натягом біля міжфазної поверхні.

7.Отримано залежність для розрахунку коефіцієнта турбулентного перенесення в ядрі струменя. апарат теплогідродинамічний розподілювач

8.Отримано емпіричну залежність для визначення інтегральних значень коефіцієнта тепловіддачі при конденсації водяної пари на поверхні плоского вільного струменя рідини.

9. Отримано залежність для визначення відносного зниження інтенсивності теплообміну при конденсації пари з парогазової суміші на поверхні вільного струменя рідини.



УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ

;

yкр - висота початку диспергування, відрахована від зрізу щілини, м;

;

vп - зведена швидкість пари в робочій ділянці, м/с;

;

vр - швидкість рідини на виході з водозливу, м/с; dгідр - гідравлічний діаметр струменя на виході із щілини, м;

; - безрозмірнісна «еквівалентна масова» сила;

; у - вертикальна координата, м; h - загальна висота струменя, м; - число Стантона при конденсації чистої пари;

ts - температура пари, К;

t0 - температура рідини на зрізі водозливу (y = 0), К;

ty - температура рідини в перерізі y, К;

; ; - критерій фазового переходу;

; b - ширина щілини, м; - емпіричний коефіцієнт; Stc - число Стантона при конденсації пари з парогазової суміші;

- масова частка повітря в пароповітряній суміші;

;

ат - турбулентна температуропровідність;

;

z - поперечна координата, що відраховується від поверхні плоского струменя, м;

vр - швидкість плоского струменя, м/с;

;

Г - об'ємна витрата рідини в плоскому струмені на одиницю ширини, м2/с;

;

d - товщина плоского струменя, м;

Prт - турбулентне число Прандтля.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО У РОБОТАХ

1. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Експериментальна установка для дослідження конденсації водяної пари на струменях води // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 31-32.

2. Рогоза О. Б., Мельник В. А., Василенко С. М. Реконструкція вакуум-конденсаторної установки Узинського цукрового заводу // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 32-33.

3. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Форсюк А. В. Рух рідини на конічних тарілках пароконтактних теплообмінних апаратів // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - 1998. - № 1-2. - С. 35-36.

4. Моделювання теплоперенесення під час конденсації водяної пари на струменях різних профілів / Рогоза О. Б., Василенко С. М., Прядко М. О. // Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість», 19-24 жовтня 1997 р. - К.: УДУХТ. - С. 155.

5. Модернізація теплообмінників змішування у цукровій промисловості / Петренко В. П., Рогоза О. Б., Василенко С. М., та ін. // Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість», 19-24 жовтня 1997 р. - К.: УДУХТ. - С. 157.

6. Математичне моделювання процесів перенесення імпульсу, енергії та маси за безпосереднього контакту фаз - тепломасообмінних апаратів харчової промисловості / Василенко С. М., Прядко М. О., Форсюк А. В., Рогоза О. Б. // Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість», 19-24 жовтня 1997 р. - К.: УДУХТ. - С. 159.

7. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Гідродинаміка вільного струменя рідини при обтіканні його водяною парою // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 49. - С. 52- 57.

8. Василенко С. М., Рогоза О. Б., Прядко М. О. Гідродинамічні режими одиночного струменя в теплообмінниках змішування із щілинними розподільними пристроями // Наук. пр. УДУХТ. - 1999. - №5. - С. 107-108.

9. Рогоза О. Б., Василенко С. М. Теплообмін при конденсації водяної пари на одиночному вільному струмені рідини // Вестник Харьк. гос. политехн. ун-та. - 1999. - Вып. 62. - С. 44-50.

10. Апарат для видалення аміаку з конденсатів / С. М. Василенко, В. П. Петренко, М. О. Прядко, В. І. Бурлака, В. А. Мельник, О. Б. Рогоза. Позитивне рішення про видачу патенту на винахід №980041813 від 9 квітня 1999 року.

11. Теплообмінник пароконтактний / С. М. Василенко, В. П. Петренко, М. О. Прядко, В. І. Бурлака, В. А. Мельник, О. Б. Рогоза. Позитивне рішення про видачу патенту на винахід №980041814 від 9 квітня 1999 року.



АНОТАЦІЇ

Рогоза О. Б. Теплообмін при конденсації водяної пари на поверхні вільного струменя рідини. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 - технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. - Український державний університет харчових технологій, Київ, 2000.

Дисертація присвячена питанням теплообміну при конденсації водяної пари на поверхні одиночного та плоского вільних струменів. Досліджено теплогідродинамічні характеристики струменів рідини при вільному переливанні через вертикальні щілини (водозливи) різних геометричних розмірів. Проведено класифікацію режимів течії вільного струменя рідини при обтіканні його парою, виведено залежності для визначення умов початку диспергування струменів рідини. Виведено залежності для розрахунку траєкторії руху вільних струменів рідини.

Виведено залежності для розрахунку теплообміну при конденсації пари на поверхні одиночних вільних струменів різних геометричних характеристик.

Виведено математичну модель перенесення енергії в плоских струменях рідини, що враховує пригнічення турбулентності поверхневим натягом біля поверхні поділу фаз. Виведено залежність для розрахунку інтегрального теплообміну в плоских струменях рідини.

Виведено залежності для розрахунку впливу вмісту газів, що не конденсуються, на теплообмін при конденсацї пари з парогазової суміші.

Ключові слова: струмінь, гідродинаміка, теплообмін, конденсація.

O.B. Rogoza Heat Exchange under Steam Condensation on the Surface of Free Liquid Flow. - Manuscript.

Dissertation for obtaining scientific degree of candidate of science in speciality 05.14.06 Technical Heat Physics and Industrial Heat Power Engineering. - Ukrainian State University of Food Technologies, Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to heat exchange under steam condensation on the surface of single and flat liquid flows. There have been conducted a research of heat hydrodynamic characteristics of liquid flows under free flowing out through vertical slits (water flood) of different geometrical forms. The classification of free surrounded by steam liquid flow patterns has been developed. Correlation for calculation of free liquid flow trajectory has been obtained.

There also has been obtained correlation for heat exchange calculation under condensation on the surface of single free flows with different geometrical characteristics.

A mathematical model of energy transmission in flat liquid flows has been worked out. This model allows for turbulence restriction by surface tension at phase division surface. Correlation for calculation of integral heat exchange in flat liquid flows has been obtained.

Correlation for calculation of the effect of the gases that do not condense on heat exchange under steam condensation of steam and gas mixture has been developed.

Key words: flow, hydrodynamics, heat exchange.

Рогоза О. Б. Теплообмен при конденсации водяного пара на поверхности свободной струи жидкости. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 - техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. - Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам теплообмена при конденсации водяного пара на поверхности одиночных и плоских струй. Для исследования использовалась экспериментальная установка, в которой моделировались процессы в промышленных контактных аппаратах. При анализе результатов исследования применялись методы регресивного анализа, математического моделирования и современное информационно - компьютерное обеспечение.

В данной работе определены теплогидродинамические характеристики струй жидкости при свободном истечении через вертикальные щели (водосливы) разных геометрических размеров. Разработана классификация режимов течения свободной струи жидкости при обтекании ее водяным паром: режим устойчивого течения, волновой гидродинамический режим, диспергированный и граничный гидродинамические режимы. Получены зависимости для определения условий начала разрушения струи. Определены зависимости для расчета траектории движения свободных струй жидкости.

Получены зависимости для расчета теплообмена при конденсации пара на поверхности одиночных свободных струй разных геометрических характеристик. Для определения общего вида уравнения были использованы методы теории подобия, а для непосредственного выбора системы безрозмерных комплексов, которая наилучшим образом описывала б теплоотдачу при конденсации пара на свободной струе, - методы регресивного анализа.

Для определения граничных условий математической модели движения струи проанализировано уравнения движения жидкости на поверхности распределительных устройств разных типов, в том числе конических и кольцевых, с учетом совместного действия сил инерции и гравитации.

Предложена модель турбулентного теплопереноса в плоских струях жидкости, учитывающая подавление турбулентности поверхностным натяжением у межфазной поверхности. Модель позволяет учесть термическое сопротивление зоны подавления турбулентности, а также выделить влияние на него теплофизических свойств жидкости. Получена зависимость для расчета интегрального теплообмена в плоских струях жидкости.

Определены зависимости для расчета влияния содержания неконденсирующихся газов на теплообмен при конденсации пара из парогазовой смеси. В основу анализа положено допущение о влиянии динамического действия парового потока на уменьшение интенсивности теплообмена вследствие присутствия неконденсирующихся газов.

Ключевые слова: струя, гидродинамика, теплообмен, конденсация.

Размещено на Allbest.ru

...