автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмен при капельной конденсации водяного пара, стимулированной фтородержащим дисульфидом в горизонтальной трубе

р Г Б ОД 2 9 АПР 1396

НАЦЮШЬНИЙ ТЕИПЧНИЙ УН1ЕЕРСИГЕТ УКРА1НИ "ШВСЬКИЯ ГОЛ1ТЕХН1ЧНШГ1НСТИТУТ"

' На правах рукопису

ГАЕРИШ АВДР1Й СЕШЙОШЧ ■

' УДК 536. 423.4

ТЕПГООБШН ПРИ КРА1ШННШ КОНДЕНСАЦП В0ДЯН01 ПАРИ, СТЮШШОВАШ1 ФГОРОМ1СТКИМ ДИСУЛШДОМ В ГОРИЗОНТАЛЬЮ Я ТРУБ1

Спещадыпсть 05.14.05 - Теоретична теплотехника

Автореферат дисертацн на здобуття наукового ступени кандидате техШчних наук

Кшв - 1996

НАЩОШЫШ ТЕЗШЧНИЙ УШВЕРСЙТЕТ УКРА1НИ "КИ1БСЫШЛ ГОЛ1ТЕХШЧНЮГ 1ЮТИТУТ"

' На правах рукопису ГАЕРЙШ АВДР1Й СЕ'гГШОШЧ ■

' УДК 536. 423. 4

ТЕШЮОБМ1Н ПРИ КРАПЛИНН1Й КОНДЕШАЦН В0ДЯН01 ПАРИ, СТШУЛЬОВАГО1 ФТОРОМ 1СТККМ ДИСУЛШДОМ В ГОРИЗОНТ АЛЬШ Л ТРУБ1

СпещальШсть 05.14.05 - Теоретична теплотехника

Автореферат дисертацп на здобуття наукового ступеня кандидата ?<?зол чних наук

Ктв - 1956

Робота виконана на кафедр! теоретично! та промислово* теоло-техн1ки Нац1онального техн1чного ун1верситету Укра1ни "Ки1вський пол1технтчний 1нститут".

Науковий кер1вник:

доктор техн1чних наук Р1ферт ЕГ.

0ф1ц1йн1 опонентш

доклор техн1чних наук, професор Смирнов Г. Ф.

кандидат техн1чних наук, Чашишський С. I.

Ведуча орган1зац1я:

1нститут техн1чно'1 тепло-ф1зики НАН Украгни

Захист дисертацП в1дбудеться " " тра-вня 199 б р. о 12. годшп на зас1данн1 спец1ал1зовано* Вчено! Ради Л 01.02.13 у Нац1онадьному техн1чш>му. ун!верситет1 УкраКни "Ки'хвський шШтехтчний 1нститут" за адресов 252056, и, Ки-*в, 56,'пр-т Перемоги, 37, корпус б, аудитор!« 406.

3 дисертац1ею можна ознайоыитися у б1бл!отед1 НацЮнального техн!чного ун1верситету Укра1ни "КиИвський пол1техн1чний 1нститут".

Автореферат роз!сланий "_"_1996 р.

Вчений секретар спец1ал!зованс<

Вчено! Ради - Рожал1н

АНОТАЩЯ

У дисертаи^йИй робот 1 виконано експериментальне досл1дмення теплообм1ну при краплиншй конденсац! 1 водяно! пари у присутност! орган!чнаго г1Дрофоб1затора - фгоровмштк.ого дисульф1ду.

Досл1дкення проведено з метою встановлення впливу на тепло-обмш основних режимних параметр1в потоку, виявдення особливостей шхашзму краллинно! конденсацп, а таком вдосконалення методики розрахунку.

Для доеягнення поставленное' ыети:

- створена експерименталъна установка, пр дозволила досл1дяувати краплинну конденеащю на внутр1шн1й поверхт горизонтально! труби, моделювати процес на плоск!й м!н1 поверхн1 та використовувати фото- 1 в1деозйомку через оптичну систем 13 збтшенням зобра-яення до 262 разгв;

- розроблена методика експеримент!в, яка дозволяе зм!нювати ре-кмп параметр« потоку з одночасним контролем строку слукби гидрофобного покриття та короз1йно!' ст^йкостд поверхн!" теплообмшу;

- запропонована методика розрахунку коеф1ц1ент!в теплов1ддач1 1з врахуванням особливостей мехашзму процесу краплинно! конденсацп водяно £ пари.

Автор захюдае так1 эагальн! положения:

результата впливу на теплов1ддачу при краплишпй конденсацп . водяно1 пари у присутност1 фтором!сгкого диеульф!ду: основних ре-жимних параметр!в - щ!лькост1 теплового потоку, тиску пари, пшид-кост! потоку, концентрацп неконденсованих газ¡в, нат1кання конденсату; засобу г1дрофоб1зацП, матер1алу поверх« 1 конденсацп, концентрацп стимулятора, строку дИ г1дрофобного покриття; методику узагальнення коефЩ1ент1в тепловодач! 13 врахуванням особливостей механ1зму процесу.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АктуальнЮть роботи. Зм!на режиму конденсацп з шНвкового на краплинний у теплообн; .-¡них апаратах дозволяе знизити !х масо-габаритн1 характеристики 1 Шдвищити економ1чн1сть. Практично вс! в1дом! засоби створення л1офобних поверхонь не дозволять тривалий час П1дтримувати сг!йкий режим краплинно! конденсацп нав1ть в лабораторних умовах. Для водяно! пари перспективнкм ви-являеться використання органичного стимулятора - фторовм!сткого дисульф!ду. 3 точки зору особливостей застосування краплиншл

конденсат I необх1ДЮ вивчення впливу режиших парамэтр1в та р!з-них супутшх факторов на значения коефщ1еюмв теплов1ддач1. В1Д-сутн1 доел!дження краплинно! конденсат;1 еодяно! пари усередин1 гориэонтальних труб, яю Еикористовуютия в опр1снюючому устатку-ванн1. Тому досл1дтэння засоб1в створення 1 гпдтршання краплинно! конденсацп 1з застосуванням фторовшсткого дисульф!ду, а та-кож вивчення закономерностей теплообмену при конденсацИ усереди-н1 горизонталъних труб являе собою актуальну науково-приклздну задачу.

Методика досл1дженкя. Експерименталън! середн! по поверхн! та кг; аз ¡локально коефгщенти тепюв1ддач1 при крап лишай конденсацИ уеередши горизонтально! труби визначеш ¡з застосуванням р1внянь теплов1ддач! 1 теплового балансу, на плоск!й поверхн! -методом товсто! стаю. Теоретичний розрахунок теплов1ддач! вико-наний 1з використанням модел1 теплопров1дност1 через краплшу,1 функцп розпод;лу краплин за роз мерами.

Наукова новизна Вперше експериментально визначен1 ко-еф1Ц1енти теплов!ддач1 при краплишпй конденсацП водяно! пари усередшп горизонтально'! труби. Доследження виконан! 1з викори-станням орган!иного г!дрофоб1затора- фторовм!сткого дисульф!ду. Вивчений вплив на 1нтенсивн1сть теплообм!ну идльноет 1 теплового потоку, швидкост! потоку пари, К1Лькост1 нат1каючого конденсату, теплопроыдносП материалу "оверхн! конденсацП, наявност! або в1дсутноет1 в пар1 кеконденсоЕаних газ1в, концентращI стимулятора Доел 1 длен 1 особливост1 мехашзму процесу з урахуванням частот-но-часових параметров умовного циклу краплинно) конденсацП. За-пропонована методика розрахунку коефЩ1ент!в теплов одачь Визна-чено, як1 краплини вносить вирешальний внесок у середню теплов1д-дачу процесу вш лому.

Практична щнн!сть роботи полягае у визначенн! оптимальних режимних параметров процесу I оптимально! концентращ 1 стимулятора, як1 дозволяють ¡з використанням фгоровм1сткого дисульф1ду створювати ] максимально довго тдтримувати краплинну конденсацию 13 високим значениям коефещентев теплов! ддачк Визначен1 строк дп Г1дрофоб1затора на робочей поверхн1 та И короз¡йна витри-вал!сть.. Вироблен! рекомендацп для застосування краплинно! кон-денсац! 1 в теплообмшних апаратах.

Реал1зац1я роботи. Резульгати виконаних дослЦжень, рекомен-дащ 1, ир з них випливаюггь, застосоЕухлься при проектуванн1 та створенн1 конденсаторов на сучасних електричних станциях (Реф-тинська ДРЕС), а також горизонтальнотрубних термоопр'.енюючих апа-

раив.

Апробац1я роботи. Загальн! результата та положения дисерта-щйно! роботи допов1дались 1 обгоюрювалиеь на: Восьми всесоюзна конференцП "Двофазний пот 1 к в енергетичних машинах 1 апара-тах" (Леи1нград, 1990); Вэсьм1й науково-практичн 1 й конференцп "Досв1Д ексллуагацП та шшхи вдосконалення теплообмшного облад-нання" (Севастополь, 1992); Биставц1-сешнар1 "Досягнення та проблем« теплоэнергетики" (Ки'1в,1992);М1жнародн1й шгаш-семшарГ'Теп-лов1 труби: теор1я та практика" (М1нськ,1990); Шостй! м!жнародн1й шксШ"Мэделк(вання тепло- 1 масообшнних процес^в х!м1чних та бю-х1м!чних реактор1в"(Болгария, Варна, 1989); пауковому семшар! та науково-техн1ча1й конференцп професорсько-внкладацького складу Ки!вського пол!техн1чного шституту. Допов1дь за материалами ди-сертацП включена до III Шзкнародного форуму "Тепломасообм 1 н-95" (Б1лорусь, Ы1неьк, 1996) та II Европейського термонаукового 1 14 1тал1йського форуму по тешюобм!ну (1тал1я, Рим, 1996).

ПубЛ1кацП. За матер1алами дисертащйно! роботи опуСш ковано с!м друкованих .ро01т.

Структура та об'см роботи. Дисертац1я складаеться ¡з вступу, п'яти роздШв, еисновк1в, списку використано! л1тератури з 144 найменувань 1 додагку. Робота викладена на 182 сторшках маиино-писного тексту, мае' 10 таблиць, 74 малюнки.

У встутп сформульована мета та обгрунтована актуальнгсть теми дисертацп.

У першому роздШ виконаний огляд результат!в досл1днень краплинно! конденсацп на р1зних теплообм1нних поверхнях. Виконаний анал13 дозволив сформулювати задач! досл1дження краплинно! конденсацП водяно! пари ¡з застосуванням фгоровм1сткого дисульфиду .

У другому роздШ даеться опис: експериментально! установки 1 конструкцГ! робочих д!льниць; методик досл1дження теплообм!ну, механ!зму процесу, короз1йно! витривалост 1 теплообмпшо! по-верхн!; вим1рювально! апаратури; обробки експериментаиьних даних; засобу створення гчдрофобно! теплообм1нно! поверхн! та отрикання краплинно! конденсацП.

У третьему роздШ позглянут! особливост! механ1зму краплинно! конденсацП водяаЛ пари в присугносг! фторовм1сткого дисульфиду. Наведен! результата по розпод1лу краплин за роз ш рами, куту контакту краплин 13 теплообм^ннои поверхнею, в1дривним Д1аметрам краплин, шдлыюст! центров виникнення краплин. Визначе-на частка теплообм1нно'1 поверх«!, зайнята краплинаыи р!зних титю-

розтр!в.

У четвертому роздШ м!стяться результати експерименташшх дослЦжень впливу режишшх параметра парового потоку на закономерности теплообьину при краплмшй конденсацП усередин! горизонтально! труби. Е1 дьичено неоднозначне зм!нення коеф!ц!ент!в теплов1ддач! в залегшосп в!д пильное?: теплового потоку, перао-холодження потоку, концентрацП некондьнсованих газгв. Наведена V«тодика узагальнення експерименталъних даних 1 розрахунку теп-лов1ддач1 при крагшшн!й конденсацП.

У п'ятому роэдШ розглянут! засоби створення 1 визначен! особливост! процесу отримання гидрофобного покриття, а також вив-чений вплив концентрацП стимулятора на ¡нтенсившсть теплообШну ! строк дП г!дрофобно! поверхк;. Досл^длгний вплив теплопровед-ност1 матер!алу конденсац1йно! поверхн! на теплов!ддачу.

У висновках тдсумовуються' результати досл!джень 1 подано рекомендацП з практичного використання краплинно! конденсацП в теплообм! иному обладнанн!.

У додатку наведений анал!з похибок експериментального визна-чення коеф1Ц!ент!в теплов1ддач1.

ОСНОВШЙ ЗЫ1СТ РОБОТИ

На Шдстав! виконаного огляду л!тератури по крап лишай конденсацП встановлено, що для орган1чних г1дрофоб!затор1в типу днсульф1д1в В1дсутня комплексна шформац1я про вплив на тепло-обм1и та мехатзм процесу режимних параметр!в потоку пари, дози стимулятора, строку його дП, короз^йноЗ витривааост! кон-денсащйно! поверхнI та якост! отриманого Пдрофобного покриття. В1дсутн! тако* дослЦження краплинно! конденсацП водяно! пари усередин! горизонтально труб. Тому актуальним виявляеться досл!дження механизму процесу ! законом!рностей теплообмену при краплиннШ конденсаЩ! водяно! пари 1з використанням нового г!дрофоб¡затора - фгоровм!сткого дисульф)ду.

,1з щею метою був сконструйований доел1дницький стенд, шр складався 1з двох контуров по водян!й пар!, кожен !з яких мав систему сримусового охолодження та визуального спостереження. Основу першого контуру складав горизонтальний теплообменник типу труба у труби Водяна пара конденсувалася на внутревнёй поверхт труби, а охолоджуюча вода рухалася у к!льцевому зазор!. Базовим елементом-другого допошжного контуру була плоска експерименталь-на М1Н1 дельниця, яка дозволяла використовувати зм!нн! тепло-обШнн! поверхн! та вести дссл!джэння через оптичну систему 1з

- 5 -

зб1льшенням зо^радення до 262 крат.

Для отрицания краплинно! конденсацп застосований фто-ровм1сткий дисульф!д, який мае велику Идрофобну властив1еть, високу CTaSiJibHicTb, гарну адгезш до металу, малу токсичн1сть -нульову токсичн1сть для пятно! води, невелику розчишпсть у вод1.

Фгоровм1сткий дисульфид пшля попереднього введения у воду парогенератора потш ¡з парово! фаз и наносився на поверхню тел-лообм!ну. За такого засобу менш н!ж за добу на ьидних, латунних, )лдно-нтелевих та мельх!орових поверхнях отримувалась ямсна краплинна конденсац1я i3 коеф^щентами теплов!ддач1 у 4-12 paaiB вгаццми Hi к при пл\Еков1й конденсацп.

Досл!дкення механ1зму краплинно! конденсацп во дано! парку присутност1 фггоровм1сткого дисульф!ду 13 застосуванням фото- та в1деозйомки подтвердило загальн! полокення теорп 1саченко-Соло-дова, Ганасави-Умура. Розвиток краплин В1Д наймениих, щз мояна поОачити, до вЦривних характеризуемся умовним циклом краплинно! конденсацп, який складаеться i3 пер!оду зростання i розвитку краплин та переду ix видапення i3 теплообмШно! поверхн!.

На тдстав! MiKpocnoni4Horo досл!д!кення знайдена К1ЛЫ51сть найменпшх краплин Д1аметраш 1-3 (.(км, шр можна побачити, 1 як! знаходяться на тегшюбм!нн!й поверхн1. Бона складае в1д 9-10® до 3-10" 1/м1 в 3aEe'jffl0CTi в1д умов конденсацп. Первинн! 1фапли-ни р1вновелик! i ix розташування гранично в!дпов1дае трикутн1й piEHo6i4Hift штахет!. Шлътсть центров конденсацп Иц на оди-ничшй площ! може бути знайдена за допомогон математичного ряду:

Ыч= 1/2 (2п*-п+1)', (1)

де п - к1льк1сть центр!в конденсацп в непарних рядах итахети.

В!дзначаеться к!льк1сне погодження отриманих результат^ 1з оцшкою ицльност! центров вииикнення краплин за данный Роуза, Цу-рути i Танака.

Краплини, шр знаходяться на поверхш, г!дрофоб1зован1й фто-ровм1стким дисульф1дом, макггь форму сферичного сегменту. Зм!рявши за л1мбом мжроскопа, а також на збШшених фотозн!мках д^амэтр Ц, i висоту Н„ краплин, був знайдений ix контактний кут 6 1з погерх-нею теплообм!ну:

е-П/2+arcs i п( 2Н„ /0* -1). (2)

BiH с клав 108±Зв, шр сгпвпадае is в i домики результатами Круа для

/

/

- с -

пдрофобних еполук типу диоульф1д!в.

Експериментальним шляхом знайден! д1аметри ведривиих краплин DliA=3,0... 4, Г мм для нерухомо! водяно! п: с. Проведено пор1вняння експериментальних величин DB)A для внутршньо! поверхн1 горизонтально! труби, а також нахилено! плоско! поверхн!, Í3 розрахунком за методикою 1саченко для нахилених поверхонь. В1дм1чено добре сп!вв1дношення отриманих результат!в.

Ф1зичн1 уявлення про мэхашзк; краплинно! конденсадп знайшш свое ведображення у функцП розпод!лу краплин за розмерами

44R)= íi-m (¿nAR) , 1/м3, (3)

де дп - к!льк1сть краплин вгдносно одиниц1 iaoütf теплообм!нно! поверхн1,ир мать розм!ри в 1нтервале ¿R. /

Граф i к функцп розподьчу краплин за рсзкпрами для фгоровм!-сткого дисульф1ду як1сно сшвпадае 1з результатами Ханнёмана, 1са-ченко, Mj рте,Роуза,Такака для 1нших г1дрофобних поверхонь (мал.1).

Якшр для всього спектру posMípiB краплин в1д зародкового критичного RKP до вЦризного R6ía виделити ряд клас1в 1з Чнтерв'а-лами aRi, то знаючм функцию розпод1лу V(R). шжна знайти долю поверхн! теплообм1ну, яку займахтгь крашшни ,р1зних типорозм!р1в. Бона визначиться як (SK-An) , де S„,м2- шгавда поверхн1 п1д крап-линою. •

Експериментально дослед^ено, Ер спектр po3MípiB краплин в!д 10~6м до 10"3 и розповсюджений б1льш н1ж на 90% поверхн1 теплооб-м!ну. Для нерухомо! водяно! пари десятим1кронн1 краплини, hkí досить ефективш э точки зору тепловеддач!, займасть до Z5Z по-верхн1, ир в1дпов1дае результатам Грехеиа t Гр1фф1ца (23%). Краплини Ыдривного розм!ру розповсюджен1 на 37Z поверн1 теплообм!ну," ир п!дтверджуеться доследжэннями Танака (401).

Залежн1сть коеф1ц!ент1в тепдоввдач! оС при крашшнн!й кон-дексацП водяно! пари в присутност! фторовм!сткого дисульф!ду в!д ль ноет i теплового потоку q чи температурного натиску пар-ст!н-ка йТ мае максимум (мал. 2). Наприклад, для атмосферного тиску i латунно! теплообмена! поверхнi при швидкостях парового потоку до См/с максимально коефщеенти теплов1ддач1 100...115 кВг/к^К спостер!тались для дТ=0,8.. .1,2 К та q=80... 130 кВг/ма. BiflMi-чаеться аналог i я кривих краплинно! конденсацП сС = -f (дт) i о( а /(q.) 13 результатами 1саченко. Наявн1сть максимуму кривих пояснюеться сп1ве1дн0е»нням швидкостi утворення i швидкост! видалення з поверхн! теплообмену конденсатно! фази, коли миттева к1льк1сть конденсату, шр знаходиться на noEepxHí, виявляеться

ьптмалъною.

фи знг.хенн!. тиску пари в Iд 0,1 МПа до 0,02 МПа спостер1 га-лось дворазове зменыззння коеф!ц1ент1в теплов1ддачк Максимальна теплов1ддача оС -45-55 кВг/^-К для Тилс -333 К спостерегалась при дТ=1,9. ..2,2 К та 4=80. ..120 кВт/м* . Експериментальн! даш по впливу тиску пари на теплов1ддачу в залелагасМ в!д модиф!кованого числа Рейнольдса для краплинно! конденсат г Ре,к = А-ьТ ¡1 ■ узагальнен! такими сп1вв1дношенняш:

при (?*кк-5-10 ...1,1-10 с< = 66 • дТ • Рндс (4)

при Я^-1,1-10"3. ..3,б-10"Э оС = 843- дТаз< • Р(Лс3 (5)

Суттево на теплов1ддачу при краплиннШ конденсацИ водяно! пари атмосферного тиску може вплинути нат!кання конденсату 1 -швидк1сть парового потоку. Для практично нерухомо! пари при значениях пл1вкового числа Рейнольдса В1Д м1н1мадьно-го 2 до 200 коёф1ц1енти теплов!ддач1 змекшуються вдв1ч! (мал.3).

Пог1рвения теплов1ддач1 при зростанн1 Ке„л поясгаоеться'тим, то зб!льшуеться частина поверхн1 тешгаобм1ну, яка зайнята тим-часовою пл1вкою, 1 тим самим фактично виключаеться 1з .активного теплообмёну.

Зростання пеидкост1 парового потоку до 20-26 м/с сприяе 2-3 • разовому зб1льшенню коеф1ц1ент1в теплов1Ддач1. 1нтенсиф1кад1я теплообм1ну досягаеться як при наявност! нат1канкя, так 1 при йо-го.в1дсутност1, за рахунок 01льш активного видалення конденсату.

В залежност1 в1д модиф!кованого числа Труда для краплинно! конденсащ1 Гг^» Ч,г-_рп/( '/3- £ <зкспериментальн1 дшп узагаль-кшгься формула»®:

Рг„<50 = .,6 - Деп~Г (в)

—-= о,53- ЯепчА - Ргк„ (7)

Зростання швидкост 1 потоку пари енгенсифтуе теплообмш для р1зних ч (мал. 4). Ыакс:.мальн1 коефщ^енти теплов!ддач1 В1дпоо1да-ють гпку кривих оС -f(q). В1дхилення ецлькост! теплового потоку в менший або б1льший б!к викдикае зниження ос ,але загалький вигляд залекност! с< збер^гаеться.

Злам на граф1ках с< -Г( Уп) визначаеться механ1змом краплин-но'1 конденсацИ 1 залетать в1д критичного та в!дривного рад!ус!в

10

кГ

«У3

Мал.1. . СункцН розпод1лу крашшн за розм1ра»!', отриман1 р1зними авторами:! - Ханнеман; 2 - ¡саченко; 3 - Ыерте; 4 - Танака; 5 - Роуз; 6 - дослхдження автора.

ю"9 ю'7 (о"3" ю* V

/оо ■

: 80 60 ! 40 £0

* - I © - з 9-2 0 - Ь ©-5

-

<00 ¿СО • 300 Ч- ,«8*4«*

. • Мал. 2. Динам¡ка зм1не»ня теплов!ддач1 протягом створення г1дро4обного покриття на латунн1й теплообм1нн1й поверхн!: 1-3 години; 2-5 годин; 3-7 годин; 4-10 годин; 5- б1льше 12 годин; 6-пл1вкова конденсагия.

Мал.3. Вплив на-тыкания конденсату на теплообм1н:

1 - Ч,< 2 м/с;

2 - V,- б м/с;

3 --У.» 7 м/с;

4 - V.« 10 м/с.

, кВт

200

I I I О - 1

о - г 0-3

"1 I I | I гг

i

_ с _о—о—-» •

но »/„,£

Мал. 4. Залеляють коеф1ц1ект1в тешкшддач! в1д шадкост1 потоку пари: а)'1-4=105 кВг/м4; 2-ч=80 кВг/мг; 3-а=60 кВг/мг; Я) 1-д=>105 кВт/мг; 2-4-147 кйг/м4; 3-4-210 кйг/м*; 4-д-ЗС0 кВт/и".

Мал. 5. Ел лив тешшров1д-ност! матер1аду теплообмене! поверхн1 на тепло-в1ддачу:

I - Ханнеман; 2 - У1лк1нс; 3 - Роуз; 4 - Таннер; досл1дження автора-

7 - М1дь; 8 : МНЕ; 9 - латунь; 10 - мельх1ор{ хроиован! поверхи1:

II - м)дь; 12 - ЫНЖ;

13 - латунь; 14 - нер«ав1-юча сталь.

краплин. Спектр краплин, гснуючих на поверх^ теплообмену, обу-мовлюе к!лък!сть конденсату, я кий ммтгево присутн!й на н1й. Динам ¡шшй вплив потоку пари в горизонталь:ий труб! приводить до зменшэння д!аметр1в в^дривних краплин, а такхзж до в^хилення траекторП ix руху в!д Еертикал!. Для лТ<10 К та q<0,3 МВг/мг експериментальш дан1 узагальншгься Формулам!!:

-1,921

при W„<5 м/с о< =1,29• ' , (8)

при У„ =5...26 м/с с( =0,237"Da°'^'3 . (9)

Результат« для фторовм1сткого дисульф1ду добре погоджуоться is аналогiчними досл!д»эння1.!и Танасави, особливо в зон! малих швидкостей потоку пари.

Теплов!ддзча при краплшшй конденсац!! тают, залежить в!д тешшпров1Дност! MaTepiany конденсац1йно! поверхн1 (мал.5). Най-вищ! коеф1ц!енти темов^ддач! були отркмаш для М1дних поверхонь. Найб!лын технолог!чними для фгоровм1сткого дисульф!ду являиться латунн! та М1Дно-н1келев! поверхн! i3 коеф адептами теплопров1д-ност! 115...130 Br/мК. Для них отримаш коеф!ц!еити теплов!ддач! до 130 кйг/^-К, шр трохи мэнше н1х для м!дних поверхонь.

Хромування теплообмпших поверхонь !з м1дних сплав!в уповишшвало строк • створення на них г^рофобкого покриття i до 202 зниАувало коеф1ц1енти теплов^ддач!. Хромування стальиих поверхонь у поеднакнГ ¡з застосуванням фгоровмхсткого дисульфш дозеолило отримати краплинний режим, але виграш у . коеф!ц!ентах . теш,оБ!ддач! пороняно i3 пл!вковою конденсаЩею був незначним.

Эагальний виг ляд з але мост i оС = f(A„) для поверхонь як i3 хромуванням, так i без нього, носить аналог¡чний характер i як!с-но погоджуеться \г досл!дженнями Ханнемана та У1лк1нса (мал.5).

Концентрация неконденсованих газ!в £ суттево впливае на iH-тенсивн!сть теплообмену при краплинн!й конденсац!!. При В =4% теплов!ддача знижуеться у 5 раз^в пор1вняно з випадком, коли £ =0,05%. А для концентрацП £ =10% виграш в теплов!ддач! по-piBHHHo i3 пл!вковою конденсац!ею практичн^ в!дсутн1й. Ор-ган!зац!я продувки пари з метою видаяення неконденсованих га?!в Б1Д теплообм!нш! поьерхн! дозволяе поновити висок! о£ i штенси-ф1кувати теплообмш. j

Теплов!ддача при крашшнн1й конденсац!i рухомо! i нерухомо! водяно! пари визначаеться особливостями механ1зму процесу, тобто розвятком краплин у простор! та час! стосовнр в!дносного циклу кондэнсацп. При зрсстанн! шввдкост! потоку пари та температурно-

го натиску пар-ст1нка зыеншуеться розм^р в1дривних краплин, 1 вони поступово займаоть все меншу плоту теплообмшно! поверхн!. Навпаки доля поверхн1, зайнята м!кронними краплинами, зростае.

Для кожного класу краплин дощльно визначити вгдносний час, IX 1снувакня в умовному цикл! крашшнно! конденсат К дТ\ / Тч Яктр використати модель теплопров1дност1 в краплинах о<к=с (Л/(?,), запропоновану Роузом \ Ханнеманом, можна пор1вняти оСк 1э -коеф!щ-ентами теплов1Ддач! при пл1вков!й конденсацП' оСпд, розрахованими по формул1 Нуседьта.

Тод1, склавш безрозм1рний комплекс Д«^ПйТс*|Ац<*<и> доцгль-ко з'ясувати який вяесок роблять краплнни резнях типорозм1р!в в еередню теплов1ддачу процесу (мал. 6). Естановлено, шр деся-

■тим1кронн1 краплини вносять вир^пшьний вклад в еередню теплов^д-дачу. Суттевим може бути тзкож 1 вплив краплин розм!рами до 100мкм.

За допомогою комплексу А шжна розрачувати еередню теп-. лов1ддачу краплинно! конденсацП:

Формула (10) узагальнюе експериментальн! результата по ру-хом1й 1 нерухом1й водянШ пар1 1з похибгаю до 25% для дТ=0,4 К, а для д Т-1... 4 К ця похибка не перевищуе 15%. Враховуючи под1б-н1сть в!домих функц!й розпод!лу краплин за розм1рами, запрбпоно-вана методика мозге бути эастосовача 1 для 1нших випадк!в краплдн-но1 конденсацП.

1з використанням фторовм!сткого дисульф1ду найб!льш опти-мальним е заегб створення краплинно! конденсацП шляхом нанесення його 1з парово! фази на техн1чно гладю поверхн1 13 м!дних спла-в!в. Шрб фторовмЮткий дисульф1д як1сно взаемод1яв 1з тепло-обминов поверхнею на початковому етап! нанесення покриття необидна присутн1сть невелико! киъкосп 1ншого недовгоживучого компоненту - фгороЕм!стко! кислоти. Введения дисульфгду в воду парогенератора !з спиртового розчину прискорте процес створення Гидрофобного- покриття.

Досл!дження показали, шр при р!зтй чистот! п1дготовки по-рерхн! додавання одн 1 €! 1 тт ж гллькост! г¡дрофоб!затора еикли-кало р1зну !нтенсивн!сть процесу незалежно в!д часу нанесення. покриття. Тод! як при ретельнШ обробц! та при попередньому п1дготуванн1 поверхн! теплообм!ну невелика кьчылсть фго-ровм!сткого дисульф1ду - мени н1ж0,12 в!д об'ему теплонос!я у р!дк1й фаз1, призводить до зб!льшення коефщюпмв теплов!ддач) у

(10)

4... 12 раз!в порхЕНяно 13 шпвково» конденсшцею.

ЗгЦко 1з отриманими данями, визначаючий вплив на ступШь 1нтенсиф1кацП процесу справляе масова концентрат я дисудьф1ду, вхднесена до одиниц! теплообы1нно1 поверхкк При цьому об'еига концентрац!я може бути р1зною для др1бно- та крупномасштабных теплсобм1нних пристрогв.

Досл^дкений д1апазон концентрацП склав: мае-о во! С„«0,4.., 12 г/м*, об'еыно! Ц,=2-10"1..6,2-10 2. 1снуе оптимальна к!ль-к!еть стимулятора, ир дозволяе максимально 1нтенсиф!кувати процесс мал.^).Якцр конце нтращя никче аба виеэ н1ж оптимальна,то ¡и-тенсивн!сть теплов!ддач1, а також.стрск дП покриття,зменсукггьсй.

,Щ>и оптимально концентрацП як!сна крашшнна конденсата 1в високими оС тдтримувалась 4200 годин. Шсля чого зарахуйок поступоЕого окисления теполообм1нно'1 поверхн1 протягом наступит 2400 годин теплов!ддача зншкуетьса, а ре ¡км ■ конденсац!! змшюеться на шпвковий. Еидалення окисних шивок 13 наступкою змшною робочого розчину дозвояе швидко поновити краплинну кон-денсацт у повному обсязь

Перерви у робот! теплообм!иного стенду в.либий промёжок часу на протяз1 есього строку дп- г1дрофобного покриття, а також фунгаЦонування обладнання по замкненому або роз1мкнутому контурах, не впдивали.на яюсть краплинно! конденсацП та ревень ко-ефщ!ент1в тегоюв1ддач1.

Враховувчи характер кривих краплинно* конденсацП, £х мокна описати за допошгою емшрично! формули:

Константи С, 1 сгможна розглядати як поправочн! множники, щр вра-ховувть особливост! конкретного процесу краплинно! конденсацП. Наприклад, вплив на теплообм1н маеово! концентрацП стимулятора.

Формула (11) мае таку ж саму тенденций в узагальненШ експе-риментальних даних, як I формула (10). Шж собой ц! дв1 залежност! дають розб^жнесть не б!лыце ЗХ при температурних натисках дТ>1 К Фгоровм1сткий дисульф1д, який створюе пдрофобне покриття на поверхн! конденсацП, мохе служити 1нг1б1тором корозП. При цьому швидюсть корозП поверхн! конденсацП зменшуеться у 1,5-2 рази пор!вняно 1з ко роз! ею т1е* ж поверхн1 у дистшнгп при одна-, кових умовах. Пошкодження Пдрофобного покриття супроводжуеться прискоренням корозёйних процес1в та поступовою зм1ною регашв конденсац!! 1 -знижениям коеф!щент1в теплов1ддач1.

ЗастосуЕання фгоровм1сгкого дисульф1ду дозволяе знизити

(И)

Мал. б. До розрахунку внеску краплин резних розм1р1в в середки тепдов1ддачу процесу краллинное- конденсацп:

а) ¿Т=0,4 К: 1-Ч,=1 м/с; м/с; 3-У„=14 м/с;

б) дТ-1 К : 1-4,-1,4 м/с; 2-4,-10 м/с; 3-У„»21 м/с; 4-У„«2б м/с;

в) ЙТ=4 К : ' 1-У,=1,3 м/с; 2-Уп=20 м/с; 3-УП=25 м/с.

Ыал.7. Вплив концентрат 1 фторовм1сткого дисульф!ду на теплое ¡ддачу при краплиший конденсацп водяное пари на р1згшх теп-" лообм!нних поверхнях: 1 - медь; 2 - МНЯ; 3 - латунь; 4 -• кэльх!ор.

шидк!сть корозП до 4,4-10"3... 12,4-1о'мм/р1К, значно нижчэ нож припустший показник 0,29 мм/рек для сучасних ТЕЦ.

■ ЗАГАЛЬШ БИСКОШ1

1. Проведено експериментальне _досл!дз«ення краплинноё кон-денсацеё водяно* пари, стимуллованоё фторовмёстким дисульфёдом в горизонтальней труб!. 1Ьр1вняно ез плёвковою конденсацёею досяг-иута 4-12 кратна ёнтенсифёкацёя процесу.

2.. Дослёджене осоОлиеост 1 механизму краплинноё конденсацёё ез застосуванням фото- та вёдеозйомки процесу через оптичну систему >.и крое копа. Назначен ё: 'кёлькёеть найменших крашш, щр южна побачити; контактний кут краплин ёз поверхнев теплообмену; деаметри максимальних вёдрнвних краплин; доля поверхнё теплообмену, яку займаюгь краплини рёзних типорозмёрёв.

3. Встановлено, шр крив 1 краплинноё конденйацё'ё маять максимум по коефёцёентзм тепловёддачё взадеккостё вед температурного натиску (щёльностё теплового потоку). Визначенё параметри, якё в1дп0в1дають максимальней ёнтенсивностё теплообмёну.

4. Показано, шр эростання швидкостё потоку пари сприяе ён-тенекзаоыу видаленню конденсата ёз теплообшнноё поверхнё та дозволяв знизити негативний вплив на тепловёддачу його натёкання 1 присутноетё неконденсованих газ ев.

5. Для рукомоI I керухомое водяно! пари отриманё емпёричнё формули для розрахунку середнех коефёцёентёв тепловёддачё при краплданёй конденсаце1. Запропонована методика узагальнення оС ёз вшшркстанням характеристик механизму процесу. Виэначеко краплини яких розшрёв вносить вирёшальний внесок в середню тепловёддачу процесу.

6.' Дослёджний взаешзв'язок коефёцёентёв тепловёддачё, кон-центрацёё гедрофобёзатора та корозёйноё активностё тепловое ¡я. Знайдена оптимальна концентрац1я фгоровмёсткого дисульфёду, яка дозволяе максимально ёнтенсифёкувати процес 1 якнайдовше пёдтри-мувати краплйнну конденсаце ю.

Основнё результати дисертацёйноё роботи вёдображенё у таких публёкацёях:

1. Гавриш А. С., Рёферт В. Г., Сардак А. 1., Шдберьозний В. Л. Аналёз впливу дёаметрёв краплин на ёктенсивнёсть теплообмёну при краплиннёй конденсацёё// ёнжэнерно-фёзичний журнал. -1994. -Т. 66,' N6. - С. 658-672.

2. Гавркт А. С., Р1ферт Е Г., Сардак АЛ., Шдберьозний В. Л. Шрспективи використання нового стимулятора краплинноё кон-

денсацП в опр1снюочому та енергетичному устаткуванн!// Про ».«слова теплотехн1ка -1992. -Т. 14, N1-3. - С. а>37.

3. Сардак А. I., Гавриш А. С., Шдберьозний Е Л. Вплив кон-центрацП фторовм1сткого дисульфеду на теплообмен при крал лиши й конденсацп// Промислова теплотехн1ка.-1993. -Т. 15,N2.- С,44-47. .

, 4. Гаврия А. С., Сардак А. I., Лодберьозний Е Л., Грязнух!на Л.М. Про стимулювання краллинно! конденсацп водяно! пари фто-ров»Леткин дисульфидом// II, Енергетик.-1994.-N4. - С. 19.

5. Гавриш А. С., Р1ферт Е Г., Сардак А. I., Шдберьозний Е Л. М1кроскоп1чне досл^двення мехз!пзму крапдинко! конденсацп водяно! пари, етимульовано! фгоровм!стюш дисульф!дом на плоских 1 угнутих поверхкях// Тези догешдей 8 Всес. конф. "Двофаз. пот ж в енерг. машинах ! апаратах", Ленинград, 23-25 ковтня, 1990. Т. 2. -Л. , 1990. - С. 72-74.

6. Р!фертЕГ., Долинський О. А., Гавриш А. С. 1нтенсиф!кац!я теплообм1ну при конденсацп- усередшп горизонтальних труб// Тепл. труби: теория 1 практика: Штер. М!жнар. шк. -сем!н., {Шнськ, 1990). Ч. 1. - Ы1нськ, 1990.- С. 30-33.

7.. Р1ферт В.Г., Долинський О. А.., Гавриш А. С. Резкими течП фаз 1 теплообмен при конденсацп рухомо! пари усередши труб// 6 Шжнар. шк.: Моделювання тепло- 1 масообм. процес!в х!м!ч. 1 6ЮХ1М1Ч. реактор1В, Болгарёя, Варна, 15-23 травня 1989. - Варна, Болгар!я, 1989. - С. 100.

Особисто здобувачем одержан! так1 науков! результат«:

- експериментально досл!джэн! основш законом!рнос?1 механ!з-му краплинно! конденсацп в присутност! фгоровм!сткого дисульфиду;

- визначен! законом!рност! теплообм1ну при краплинн!й кон-денсац!! усередин! горизонтально! труби та вплив на них режимних параметров парового потоку;

- розроблена методика узагальнення експериментальних даних 1 розрахунку тепл0в1ддат по рухом!й ! нерухом1й водян1й пар! 1з застосуванням загальних положень мехашзму процесу;

- виэначено краплини яких типорозм!р!в вносять вир1шальний внесок в середню теплов сдачу процесу;

- розроблен! та В1 дпрацъойаш оптимальн! режими створення ! , довготривалого шдтриманна краплинно! конденсацп 1з застосуванням фторовм!сткого дисульфщу.

SUMMARY

6AVRISH A. S. Ha at exchange at vater steam dropvdse condensation, stirrwlated with fluorine disulphide in horizontal tube. Manuscript.

Thesis for a scientific degree of the.candidate of technical sciences according to speciality 05.14.05. -"Theoretical heat technology", National technical university of Ukraine "Kiev politechnical institute", Kiev, 19S6,

Thesis is being defended in which: lias been carried out an experimental investigation of the ■ dropwise condensation heat exchange regularity inside horizontal tube; has been determined basic steaa flow rate parameters separate influence on the heat emission; has been considered different creation methods and peculiarity plotting hydrofobizator-agent coating on the heat exchage surface; has been rede sons recommendations, which promote highest possible dropwise condensation support; has been wade research of the dropwise condensation mechanism for still and move vapour steam flow; has been proposed calculation method cf heat removal coefficients at dropvase condensation.

АННОТАЦИЯ

Гаврия А. С. Теплообмен при капельной конденсации водяного пара, стимулированной фгородержащим дисульфидом в горизонтальной трубе. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.05. -"Теоретическая теплотехника", Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1996.

Защищается диссертация, в которой: экспериментально исследованы закономерности теплообмена при капельной конденсации внутри горизонтальной трубы; определено раздельное влияние на теплоотдачу основных режимных параметров потока пара; рассмотрены способы создания и особенности нанесения гидрофобизатора на теплообменную поверхность; ' выработаны рекомендации, способствуйте максимально длительному поддержании капельной конденсации; для неподвижного и движущегося .пара исследованы закономерности механизма процесса; предложена методика расчета коэффициентов теплоотдачи при капельной конденсации. '

KflOTOBi слова: краплинна та пл1вкова конденсац!я, коеф1Ц1ент теплов1ддач!.тепловий noTiк,температура,г iдрофобiзатор, теплопро-в1дн!сть, тепДообм!н, крашшна, поверхня, конденсат, водяна пара.