19.8. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ЧИСТОГО ПАРА НА ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ТРУБ

В случае непрерывного стекания конденсата с нижней образующей горизонтальной трубы общая связь между критериями подобия имеет тот же характер, что и для вертикальных труб. Меняются лишь численные значения коэффициентов, и вместо высоты L в критерии подобия войдет наружный диаметр

Действие силы тяжести на пленку конденсата, текущую по наклонной плоскости, пропорционально синусу угла наклона этой плоскости к горизонту , т. е. в уравнении движения величина должна быть умножена на . Направив координату по касательной к поверхности пленки и принимая во внимание, что в обычных условиях , можно положить

    (19.8.1)

Введя в уравнение (19.3.3) поправку на , подставив в выражение (19.3.6) значение из формулы (19.8.1), получим следующее уравнение для толщины пленки конденсата, ламинарно текущей по внешней поверхности горизонтальной трубы в медленно движущемся паре:

    (19.8.2)

Введя обозначение и заметив, что , получим уравнение относительно Z:

    (19.8.3)

Нуссельт представил решение этого уравнения в форме

    (19.8.4)

Очевидно, на верхней образующей трубы толщина пленки конденсата имеет конечное значение, что возможно, если С = 0. Вычисления для одиночной трубы дают формулу (в предположении непрерывного стекания струй конденсата с нижней ее части)

    (19.8.5)

Если число Рейнольдса пленки определить как

    (19.8.6)

то из формулы (19.8.5) следует, что

    (19.8.7)

Как видно, при таком определении числа Рейнольдса закон ламинарного теплообмена практически совпадает с точностью до константы для пленочной конденсации на горизонтальных трубах и вертикальной стенке. Этот важный факт имеет место также в переходной и турбулентной областях закона теплообмена при пленочной конденсации пара.

В действительности стекание конденсата происходит периодически, отдельными каплями, что не отражается заметно на средней теплоотдаче по всей трубе, поскольку число капель велико и течение в среднем сохраняется симметричным. Опыты И. И. Гогонина и А. Р. Дорохова показали, что при изменении диаметра трубы (числа Вебера) и при постоянном числе Рейнольдса пленки величина критерия имеет слабый максимум при .

В случае пакетов труб, сдвинутых относительно друг друга по горизонтали в соседних по вертикали рядах (т е. при любом не коридорном расположении труб), капли с верхних труб попадают на боковые образующие нижних труб, и симметрия течения нарушается. Этому нарушению симметрии пленки конденсата в известной мере препятствует действие поверхностного натяжения.

При одном и том же значении показателя степени в зависимости влияние гидродинамического воздействия потока конденсата, натекающего сверху на данную трубу, может быть учтено параметром

    (19.8.8)

где — количество конденсата, образовавшегося в единицу времени на трубе i-го ряда гидродинамических взаимодействующих труб пакета. При ламинарном течении пленки это условие выполняется, и из формулы (19.8.4) следует, что

    (19.8.9)

Здесь — средний коэффициент теплоотдачи верхней (первой) трубы ряда взаимодействующих труб и -функция от . Более общей является зависимость

    (19.8.10)

где — число Рейнольдса пленки конденсата, рассчитанное по полному натекающему количеству конденсата:

    (19.8.11)

Число Вебера, записанное здесь в форме

    (19.8.12)

где — коэффициент поверхностного натяжения, характеризует влияние волн и пульсаций, возникающих при взаимодействии капиллярных и гравитационных сил. Как видно из рис. 19.7, изменение длины волны обнаруживается только при малых числах .

Рис. 19.7. Зависимость безразмерной длины волны от критерия Вебера, рассчитанного по формуле (19.8.12), при конденсации на горизонтальных трубах различных жидкостей

Рис. 19.8. Конденсация неподвижного пара на пакете горизонтальных труб

Рис. 19.9. Влияние скорости течения пара на теплоотдачу при конденсации на горизонтальной трубе разных диаметров ( — экспериментальные значения коэффициента теплоотдачи неподвижного пара)

На рис. 19.8 показаны результаты опытов И. И. Гогоннна и А. Р. Дорохова, проведенных под руководством автора, для конденсации паров фреона на коридорном пакете горизонтальных труб. Здесь еще более отчетливо, чем в опытах с вертикальными трубами, обнаруживается существование области теплообмена, квазиавтомсдельной относительно числа Рейнольдса пленки конденсата.

На рис. 19.9 показаны экспериментальные данные С. С. Кутателадзе, И. И. Гогонина и А. Р. Дорохова о влиянии скорости течения пара на теплоотдачу при ламинарном течении конденсата по горизонтальной трубе. В качестве определяющего критерия взят интерполяционный комплекс

    (19.8.13)

предложенный в работе Фуджи, Уэхара, Курата. Здесь