由于冷凝傳熱的復雜性,很多因素的改變都會(huì )對冷凝器傳熱產(chǎn)生影響,冷凝傳熱的主要影響因素有不凝氣、氣體流速、氣流方向、液膜雷諾系數和管排數等。
由于冷凝傳熱的復雜性,很多因素的改變都會(huì )對冷凝器傳熱產(chǎn)生影響,冷凝傳熱的主要影響因素有不凝氣、氣體流速、氣流方向、液膜雷諾系數和管排數等。
1.不凝氣
不凝氣的存在將會(huì )對冷凝傳熱產(chǎn)生十分不利的影響,如水蒸氣中含一點(diǎn)點(diǎn)的空氣,將會(huì )使冷凝傳熱系數下降60%。因為隨著(zhù)蒸氣的冷凝,在界面處的不凝氣濃度將不斷增加,裝氣在抵達液膜表面冷凝前必須以擴散方式穿過(guò)聚積在果面附近的不凝氣層,增加了傳熱阻力;蒸氣分壓的下降使得相應的飽和溫度下降,從而減小了冷凝溫差推動(dòng)力。因此在冷凝器沒(méi)計中,避免不凝氣聚集很重要。
2.氣體流速
氣體流速對冷凝傳熱的影響在低流速時(shí)可忽略不計,但在高流速時(shí)氣流會(huì )對液膜表面產(chǎn)
生明顯的粘滯應力。在工業(yè)操作的流速范圍內,氣體流速對冷凝傳熱系數的影響很小。
3.氣流方向
如果氣流方向與液膜流動(dòng)方向一致時(shí),將拉薄液膜,對冷凝傳熱有利;相反,則會(huì )使液膜加厚,使得冷凝傳熱效率下降。比如,液膜是由上向下流動(dòng)的,當氣體流向與它一致時(shí),因為氣膜有攪動(dòng)作用,所以對傳熱是有利的;相反,如果氣體由下而上地流動(dòng),就會(huì )降低液膜向下流動(dòng)的速度,甚至將下部的部分凝液帶到上面,從而使上面的液膜厚度增加,這樣就會(huì )降低平均傳熱系數值,所以在立式冷凝器中氣體自上而下流動(dòng)。
另外在冷凝器中,因為折流板的關(guān)系,使氣體流向與管子垂直,這樣,由于氣體對凝液的剪切效應使凝液吹脫,就使飽和氣體冷凝時(shí)實(shí)際的平均傳熱系數值比計算值稍大,因此應盡量使氣流垂直于管子
4.液膜雷諾數
在工業(yè)上冷凝過(guò)程多半是在層流區城,在此區域中平均傳熱系數值與雷諾數的定性關(guān)系與無(wú)相變的對流傳熱不同。
當雷諾系數<2100,即在層流區域時(shí),隨著(zhù)冷凝量的增加,平均的液膜厚度也隨著(zhù)增加,這就使平均傳熱系數值隨冷凝量的增加而減小,即平均傳熱系數值隨氣體流率的增加而減小。上述情況與無(wú)相變的換熱器正好相反,所以在設計冷凝器時(shí)應該考慮到這個(gè)關(guān)系。這里需要著(zhù)重指出:增加冷凝量對平均傳熱系數的影響與增加氣體流速的影響是兩個(gè)不同的概念,切勿混淆。
5.管排數
氣體在換熱管管束外冷凝時(shí),上排管子的冷凝液將會(huì )滴落到下排管,使下排管的冷凝傳熱效率下降,但冷凝液滴落時(shí)會(huì )產(chǎn)生飛濺以及對液膜的沖擊擾動(dòng),又使得下排管的冷凝傳熱得以強化,因此在設計時(shí)應綜合考慮。
6.冷凝器安排方式的影響
管殼式冷凝器有立式與臥式兩種,當冷凝器的個(gè)數較多時(shí),在安排上又有串聯(lián)與并聯(lián)兩種。因此在選用型號時(shí),可直接選用一個(gè)大的或幾個(gè)小的。
而這幾種安排方式的比較,實(shí)質(zhì)上就是對飽和氣體的冷凝在層流階段從熱負荷與評價(jià)傳熱系數兩者的比較中,選取對平均傳熱系數有利的方案?,F將比較結果匯總如下:
6.1對于一臺冷凝器,當飽和氣體的流率相同,冷凝器的型號相同時(shí),臥式冷凝器的平均傳熱系數比立式的高;
6.2不論哪一種系列,臥式的平均傳熱系數都比立式的高;
6.3在臥式冷凝器中,兩種系列采用幾個(gè)小的并聯(lián),其平均傳熱系數較高,這一點(diǎn)對三角形排列的系列更明顯一些;
6.4在立式冷凝器中,幾個(gè)小的并聯(lián),其平均傳熱系數都與一個(gè)大的相同,當然采用一個(gè)大的,鋼材要省一些。同時(shí)可以看出,采用串聯(lián)式是不合理的。
7.冷凝傳熱的強化
7.1改變冷凝表面的物理性質(zhì):通過(guò)加滴狀冷凝促進(jìn)劑,冷凝表面鍍貴金屬和涂高分子材料,冷凝液在表面張力的作用下使冷凝過(guò)程呈滴狀冷凝,加大傳熱系數,以而強化傳熱。
7.2使用低翅片管(或螺紋管等):使用低翅片管可達到增加傳熱面積和改變冷凝液分布的效果,從而強化冷凝傳熱。