Алгоритм расчета пленочного кипения жидкости в процессе паровакуумной

ч. 1


УДК 664.8.037.59.05




АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ПЛЕНОЧНОГО КИПЕНИЯ

ЖИДКОСТИ В ПРОЦЕССЕ ПАРОВАКУУМНОЙ

ДЕФРОСТАЦИИ
Д.Л. Никитин, студент 5-го курса

механико-технологического факультета ФГОУ ВПО «КГТУ»
В статье рассмотрены алгоритм расчета пленочного кипения жидкости и пленочной конденсации паровоздушной смеси на поверхности продукта в паровакуумном дефростере процесса.
пленка воды, кипение, разность температур, конденсация пара, поверхность продукта

При гравитационном течении тонкого слоя жидкости по орошаемой стенке на наружной поверхности пленки появляются волны, структура которых определяет как характер движения, так и численное значение основных интегральных характеристик на основе структуры поверхностных волн и плотности орошения.

На рис. 1 представлен профиль наружной поверхности пленки.



Рис. 1. Профиль наружной поверхности пленки
Массовая плотность орошения [1]

, (1)

где G – секундный расход жидкости, кг/с; G′ – расход воды кг за цикл; τ – продолжительность цикла, с; П – полный смоченный периметр орошаемой стенки, м.

Определяем среднюю толщину пленки воды [1] в зависимости от критерия Рейнольдса Re при t = 20 °с по формуле

, (2)

где υ – кинематическая вязкость жидкости, м2/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; Re – критерий Рейнольдса, ; Г – массовая плотность орошения, кг/м∙с; μ – динамический коэффициент вязкости воды, Па∙с.

Так как толщина пленки воды, стекающей по поверхности нагревательных элементов, мала, то некоторые участки поверхности могут оказаться оголенными и, следовательно, не все участки продукта будут получать тепло. Поэтому увеличиваем расход воды с целью получения сплошной пленки воды, стекающей по нагревательной поверхности.


Массовая плотность орошения [1]:

(3)

где G – расход воды, кг за цикл; П – полный смоченный периметр орошаемой стенки, м; τп время полного размораживания, с.

По графику (рис. 2) зависимости получаем δ в мм.


Рис.2. График зависимости
Процесс кипения в стекающих пленках относится к кипению при вынужденной конвекции. В зависимости от разности температур t на участке стенка – пленка существует несколько областей при кипении в пленке: область свободной конвекции, или поверхностного испарения; переходная область, где начинается образование отдельных паровых пузырей; область развитого пузырьчатого кипения, и область пленочного кипения, в которой паровая пленка, образующаяся на стенке, отбрасывает от стенки пленку жидкости.

Определяем средний коэффициент теплоотдачи [2] по формуле

, (4)

где υ кинематический коэффициент вязкости, м2/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/мград; Рr – критерий Прандтпя, ; а – коэффициент температуропроводности, м2/с; – безразмерная толщина пленки, которая определяется из графика (рис. 3) зависимости .


Рис. 3. График зависимости
Из графика (рис. 3) имеем . Имеем волновой режим стекания пленки для этого режима и. Для этой области средний коэффициент теплоотдачи определяется в соответствии с формулой (4).

Расчет пленочной конденсации паровоздушной смеси на поверхности продукта

При размораживании продукта вместе с паром к поверхности конденсации поступает воздух, который скапливается и понижает у поверхности парциальное давление пара при неизменном суммарном давлении смеси. Этот процесс ухудшает условия теплообмена между конденсирующимся паром и дефростируемым продуктом [3].

Схематический процесс теплообмена при конденсации пара на поверхности продукта изображен на рис. 4.







Рис. 4. Процесс теплообмена при конденсации пара на поверхность продукта:

F – поверхность продукта; tпр – температура поверхности продукта; n – пленка конденсата на поверхности; t'ж – температура поверхности пленки, обращенная к паровоздушной смеси; P'п и P'в – соответственно парциальные давления пара и воздуха пленки на поверхности продукта; P''п и P''в – соответственно парциальные давления пара и воздуха в теплоносителе
Конденсация пара возможна только на поверхности, имеющей более низкую температуру, чем температура насыщения при парциальном давлении пара в смеси [4].

Давление смеси



при .

В соответствии с парциальным давлением конденсирующегося пара на поверхности продукта Рп сторона пленки конденсата, обращенная к паровоздушной смеси, имеет температуру t'ж , приближающуюся к температуре поступления при парциальном давлении P'п , t'жtп.

Толщину пленки конденсата на поверхности продукта для любого
расстояния х от верхней кромки продукта [4] определяют по формуле:


, (5)

где t'жтемпература поверхности пленки, оС; tпр – температура поверхности продукта, оС; х – линейный размер, определяющий расстояние пленки в рассматриваемом сечении от верхней кромки, м; р – плотность конденсата, кг/м3; р' – плотность паровоздушной смеси, кг/м3; г – теплота парообразования, Дж/кг.

Находим толщину пленки конденсата в соответствии с формулой (5) при х = 0,001 м, х = 0,1 м, х = 0,5 м, х = 1 м.
Литература

  1. Тананайко Ю.М. Методы расчета и исследования пленочных процессов. – Киев: Техника, 1975. – 311 с.

  2. Воронцов Е.Г. Теплообмен в жидкостных пленках. – Киев: Bзд-во Вышейшая школа, 1972. – 210 с.

  3. Теплообменная аппаратура химических производств / О.Н. Маньковский и др. – М.-Л.: Химия, 1976. – 367 с.

  4. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий / В.В. Перегудов и др. – М: Пищ. пром-ть, 1973. – 456 с.

ALGORITHM OF CALCULATION MEMBRANEOUS BOILING OF LIQUID IN VACUUM STEAM DEFROSTATION


D. Nikitin
Algorithm of calculation membraneous boiling of liquid and membraneous condensation of air and steam mixture on the surface of product in vacuum steam defroster was considered in this article.


ч. 1