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由于冷凝傳熱的復(fù)雜性,很多因素的改變都會對冷凝傳熱產(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、液膜雷諾數(shù)和管排數(shù)等。
1.不凝氣
不凝氣的存在將會對冷凝傳熱產(chǎn)生十分不利的影響,如水蒸氣中含1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的空氣將使冷凝傳熱系數(shù)下降60%。因?yàn)殡S著蒸氣的冷凝,在界面處的不凝氣濃度將不斷增加,蒸氣在抵達(dá)液膜表面冷凝前必須以擴(kuò)散方式穿過聚積在界面附近的不凝氣層,增加了傳熱阻力;蒸氣分壓的下降使得相應(yīng)的飽和溫度下降,從而減小了冷凝溫差推動力。因此在冷凝器設(shè)計(jì)中,避免不凝氣聚集非常重要。
2.氣體流速
氣體流速對冷凝傳熱的影響在低流速時可忽略不計(jì),但在高流速時氣流會對液膜表面產(chǎn)生明顯的粘滯應(yīng)力。在工業(yè)操作的流速范圍內(nèi),氣體流速對冷凝傳熱系數(shù)的影響極小。
3.氣流方向
如果氣流方向與液膜流動方向一致時,將拉薄液膜,對冷凝傳熱有利;相反,則會使液膜加厚,使得冷凝傳熱效率下降。比如,液膜是由上向下流動的,當(dāng)氣體流向與它一致時。因?yàn)闅饽び袛噭幼饔茫詫鳠崾怯欣?/span>;相反,如果氣體由下而上地流動,就會降低液膜向下流動的速度,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,這樣就會降低平均傳熱系數(shù)值,所以在立式冷凝器中氣體*好自上而下流動。
另外在冷凝器中,因?yàn)檎哿靼宓年P(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(yīng)使凝液吹脫,就使飽和氣體冷凝時實(shí)際的平均傳熱系數(shù)值比計(jì)算值稍大,因此應(yīng)盡量使氣流垂直于管子。
4.液膜雷諾數(shù)
在工業(yè)上冷凝過程多半是在層流區(qū)域,在此區(qū)域中平均傳熱系數(shù)值與雷諾數(shù)(Re)的性關(guān)系與無相變的對流傳熱不同。
當(dāng)Re<2100,即在層流區(qū)域時,隨著冷凝量的增加,平均的液膜厚度也隨著增加,這就使平均傳熱系數(shù)值隨冷凝量的增加而減小,即平均傳熱系數(shù)值隨氣體流率的增加而減小。上述情況與無相變的換熱器正好相反,所以在設(shè)計(jì)冷凝器時應(yīng)該考慮到這個關(guān)系。這里需要著重指出:增加冷凝量對平均傳熱系數(shù)的影響與增加氣體流速的影響是兩個不同的概念,切勿混淆。
5. 管排數(shù)
氣體在換熱管束管外冷凝時,上排管子的冷凝液將會滴落到下排管,使下排管的冷凝傳熱效率下降,但冷凝液滴落時會產(chǎn)生飛濺以及對液膜的沖擊擾動,又使得下排管的冷凝傳熱得以強(qiáng)化,因此在設(shè)計(jì)時應(yīng)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(dāng)冷凝器的個數(shù)較多時,在安排上又有串聯(lián)與并聯(lián)兩種。因此在選用型號時,可直接選用一個大的或幾個小的。