9. Теплоотдача при конденсации

9.1. Сухой насыщенный пар с температурой насыщения t_н охлаждается на вертикальной стенке камеры, температура которой t_с. Рассчитать толщину пленки конденсата δ_х, стекающего по стенке, и локальный коэффициент теплоотдачи α_х в зависимости от расстояния х от верхней кромки стенки. Построить графики изменения δ_х и α_х по высоте стенки.

Вариант	tн, С	tс, С	х, м
а	42	28	0,1	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5	2	3
б	85	60	0,05	0,1	0,2	0,4	0,8	1,2	2	2,4
в	112	104	0,1	0,2	0,4	0,8	1,2	2	3	4

9.2. В вертикальном аппарате необходимо сконденсировать G кг сухого насыщенного водяного пара при давлении р. Конденсация происходит на трубках длиной l и наружным диаметром d_н. Температура стенок труб t_с. Какое количество труб необходимо для конденсации пара при условии, что пар неподвижен? Как изменится коэффициент теплоотдачи, если давление пара возрастает до р₁ и р₂, а температурный напор ∆t= t_н–t_с останется без изменения. Построить график изменения коэффициента теплоотдачи от давления пара α=f (р).

Вариант	G, кг	р, МПа	l, м	dн, мм	tс, С	Р1, МПа	Р2, МПа
а	0,28	0,1	3,5	30	80	0,5	1
б	0,071	0,361	0,34	22	125	1,8	3,6
в	0,8	0,06	1,5	19	75	0,3	0,6

9.3. На наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром d_н конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении р. Определить коэффициент теплоотдачи и построить график зависимости α от температурного напора ∆t.

Вариант	dн, мм	р, МПа	∆t, С
а	20	0,015	0,5	1	2	4	6	10	15
б	25	0,27	1	3	5	8	12	20	30
в	30	1,4	1	2	5	10	20	30	35

9.4. По вертикальной стойке в теплообменном аппарате стекает плёнка конденсата, возникшая при охлаждении сухого насыщенного пара. Высота стойки Н, температура её поверхности t_с. Водяной пар конденсируется при температуре t_н. Определить режим течения конденсатной плёнки и найти средний по высоте стойки коэффициент теплоотдачи. Также определить высоту стойки, на которой будет ламинарное течение плёнки конденсата. Найти наименьший коэффициент теплоотдачи на ламинарном участке течения плёнки.

Вариант	Н, м	tс, С	tн, С
а	3	70	110
б	2	75	105
в	4	105	120

9.5. Имеется трубчатый теплообменник из N вертикальных труб наружным диаметром d_н и высотой Н. Достаточна ли его поверхность для конденсации G, кг/с перегретого пара, имеющего температуру t_п.п, если конденсация предполагается при давлении р и температуре наружной поверхности труб t_с?

Вариант	N	dн, мм	Н, м	G, кг/с	tп.п, С	р, МПа	tс, С
а	22	18	1,2	0,305	140	0,17	60
б	192	19	2,54	0,822	160	0,361	120
в	530	16	1,5	1,2	130	0,12	97

9.6. Определить коэффициент теплоотдачи и количество сконденсировавшегося за 1 час насыщенного водяного пара, имеющего степень сухости х и давление р, на поверхности вертикальной трубы высотой Н и диаметром d_н. Температура поверхности трубы t_с. На сколько изменится коэффициент теплоотдачи и количество сконденсировавшегося пара при горизонтальном расположении трубы?

Вариант	р, МПа	х	Н, м	dн, мм	tс, С
а	0,392	0,92	1,5	65	55
б	0,55	0,96	2	40	125
в	0,17	0,88	2,5	30	80

9.7. На вертикальной трубе водоподогревателя конденсируется сухой насыщенный водяной пар. Давление пара р, температура наружной поверхности стенки t_с. Определить изменение среднего коэффициента теплоотдачи по высоте трубы и построить график зависимости α=f(Н). Также определить и построить график изменения количества теплоты Q, передаваемой от пара к стенке вертикальной трубы, в зависимости от её высоты, если наружный диаметр трубы d_н.

Вариант	р, МПа	tс, С	dн, мм	Н, м
а	0,025	30	17	0,1	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4
б	0,313	115	19	0,1	0,3	0,6	0,9	1,2	1,5	2	2,5
в	1,91	200	21	0,1	0,2	0,4	0,8	1,2	1,6	2	2,5

9.8. Какую температуру стенки необходимо обеспечить, чтобы при плёночной конденсации сухого насыщенного водяного пара на поверхности N вертикальных труб наружным диаметром d_н и длиной l сконденсировалось G, кг/с пара. Давление пара р. Как изменится температура стенки, если давление пара понизится до р₁? Определить также коэффициент теплоотдачи для обоих случаев.

Вариант	N	dн, мм	l, м	G, кг/с	р, МПа	р1, МПа
а	301	20	2	0,666	0,1	0,05
б	218	16	1,5	0,5	1	0,5
в	37	22	1	0,1	1,5	1

9.9. Пароводяной теплообменник выполнен из N труб наружным диаметром d_н и длиной l. Трубы расположены в шахматном порядке с числом горизонтальных рядов Z₁. Определить какую температуру стенки необходимо обеспечить, чтобы при плёночной конденсации водяного пара давлением р и температурой t_п.п сконденсировалось G, кг/с пара. Как изменится температура стенки, если трубы расположить вертикально?

Вариант	N	dн, мм	l, м	Z1	р, МПа	tп.п, С	G, кг/с
а	847	25	4	33	0,09	120	5
б	61	18	0,75	9	1,15	200	0,15
в	291	19	3,5	17	0,4	160	2,23

9.10. Определить средний коэффициент теплоотдачи и количество сконденсировавшегося в единицу времени насыщенного водяного пара на наружной поверхности труб в горизонтальном кожухотрубчатом теплообменнике, если число труб N, длина труб l, наружный диаметр d_н. Трубы расположены в шахматном порядке, число рядов труб по вертикали Z₁. Пар находится под давлением р и имеет степень сухости х. Средняя температура поверхности t_с. Как изменится коэффициент теплоотдачи и количество сконденсировавшегося пара, если трубы в конденсаторе расположить в коридорном порядке?

Вариант	N	l, м	dн, мм	Z1	р, МПа	х	G, кг/с	tс, С
а	91	2	20	11	0,98	0,98	81	170
б	127	1,5	16	13	0,2	0,9	90	110
в	169	2,5	50	15	0,294	0,95	120	130

9.11. В конденсатор паротурбинной установки входит сухой насыщенный водяной пар со скоростью w при давлении р. Конденсатор выполнен из горизонтальных труб с наружным диаметром d_н. Температура на поверхности труб t_с. Определить коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к трубке первого (верхнего) ряда пучка. Проанализировать изменение коэффициента теплоотдачи на первом ряду труб, если скорость пара будет изменяться от w₁ до w_п. Построить график зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости пара с интервалом ∆w.

Вариант	w, м/с	р, кПа	dн, мм	tс, С	wп, м/с	∆w, м/с
а	10	5	20	22	60	10
б	5	4,24	18	10	30	5
в	10	5,94	22	25	85	15

9.12. В конденсаторе Z₁ горизонтальных рядов трубы расположены в шахматном порядке с поперечным шагом S₁. Принять количество труб в рядах одинаковым, наружный диаметр труб d_н. Сухой насыщенный водяной пар имеет давление р и скорость пара перед трубами первого ряда w. Определить средний коэффициент теплоотдачи для всего пучка, если температура наружной поверхности труб t_с.

Вариант	Z1	S1, мм	р, кПа	dн, мм	w, м/с	tс, С
а	28	20	9,6	16	35	35
б	10	28	7,5	22	70	20
в	20	32	5	26	20	22

9.13. Конденсатор состоит из N медных труб диаметром d и длиной l. По трубам движется вода с температурой на входе t₁ и на выходе t₂. Снаружи на трубах конденсируется сухой насыщенный пар при давлении р. Коэффициент теплоотдачи внутри трубы . В теплообменнике конденсируется G водяного пара, конденсат не переохлаждается. Определить среднюю температуру стенки трубы и коэффициент теплоотдачи от пара к трубе.

Вариант	N	d, мм	t1, С	t2, С	р, МПа	, Вт/(м^2с)	G, кг/с	l, м
а	45	22 1	15	110	0,36	2550	257	0,34
б	50	20 1	10	105	0,4	2670	278	0,42
в	60	24 1	5	110	0,44	2730	284	0,48