СПТЭ-2024

1.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
ТЕЛОФИЗИКИ И ЭНЕРГЕТИКИ
Теплообмен при конденсации
насыщенного водяного пара
на горизонтальной трубе
Митяков Владимир Юрьевич, Зайнуллина Эльза Рафисовна
Москва, 24 октября 2024г.

2.

2
Мотивация
Модель – оребренная
латунная труба
Модель – вертикальная
титановая пластина
tw = 16 ° C
tw = 96,4° C
Фреон R134a
ts = 37 ° C
Водяной пар
ts = 100 ° C
из источника [1]
из источника [2]
Модель – вертикальная
стальная пластина
tw = 52° C
Модель – наклонная
медная пластина
tw = 5° C
Водяной пар
ts = 100 ° C
Этанол
ts = 78,4 ° C
из источника [3]
из источника [4]
1 - Film–wise condensation of R1234yf and R134a refrigerants on finned tube with 32 fins per inch / Ja. Aneed, A.Al-Badri // Wasit Journal of Engineering Sciences, 2022 10(2)
2 - Experimental study on condensation heat transfer of steam on vertical titanium plates with different surface energies / Qi Baojin, Zhang Li et al. // Experimental Thermal and Fluid
Science 35 (2011) 211–218 .
3 - Experimental study of turbulent natural-convective condensation on a vertical wall with smooth and wavy film interface / M. M. Swartz, Sh.-Ch. Yao // Int. J. of Heat and Mass Transfer
113 (2017) 943–960
4 - Heat transfer in a two-phase closed thermosyphon working in Polar Regions / G.V. Kuznetsov, K.O. Ponomarev et al. // Thermal Science and Engineering Progress, 22 (2021) 100846

3.

3
Блок-схема экспериментального стенда
1,7…2,8
1,7 г/c

4.

4
Теплометрия и термометрия
Принципиальная схема ГДТП
Схема установки термопар
Схема установки ГДТП
Фото ГДТП
S0 = 0,118 мВ/Вт (2,9 × 6 × 0,3 мм)
Термопары типа L
спай d = 0,4 мм
Сегмент с термопарами типа L

5.

5
Измерительный участок
Охлаждающая
вода
Конденсат
Фото
Насыщенный
водяной пар
45°
ГДТП 1
ГДТП 2
ТПвн
ТПвнеш
0
100
Сальник
225
Пароподвод
L = 450 мм
φ
Пароподвод
Охлаждаемая труба
Конденсатоотвод

6.

6
Угловые термограммы при расходе охлаждающей воды Gохл = 40 мл/с
Gпара = 1,7 г/с
Gпара = 2,2 г/с
Gпара = 2,8 г/с
t, °C
t, °C
t, °C
15
30
45
80
60
60
0
20
105
20
120
80
90
105
j, ° 165
15
t, °C
45
80
60
60
15
150
20
0
45
20
105
20
40
120
80
135
150
135
15
150
30
45
60
40
75
90
105
75
20
0
90
20
105
40
120
60
80
j, ° 165
120
60
60
60
40
60
105
80
20
0
90
20
t, °C
40
90
0
j, ° 165
30
60
75
75
20
80
135
80
40
j, ° 165
120
60
j, ° 165
30
60
40
80
135
150
45
40
75
40
60
30
60
60
20
0
15
80
40
90
40
Сечение 2
45
60
75
20
t, °C
30
80
40
Сечение 1
15
135
150
120
60
80
j, ° 165
135
150

7.

7
Угловые теплограммы при расходе охлаждающей воды Gохл = 40 мл/с
q, кВт/м2 15
q, кВт/м2 15
30
45
200
150
90
50
105
100
120
200
150
90
50
105
120
150
50
0
50
75
50
90
0
105
100
120
150
200
135
150
45
120
135
150
30
45
200
150
60
60
100
75
90
50
105
100
75
50
0
90
50
105
100
120
150
200
j, ° 165
105
150
q, кВт/м2 15
100
100
90
50
j, ° 165
30
150
60
0
200
135
200
45
75
50
100
150
30
150
j, ° 165
0
q, кВт/м2 15
60
100
50
j, ° 165
45
150
75
200
135
200
Сечение 2
60
100
150
30
200
100
75
0
q, кВт/м2 15
45
150
60
50
j, ° 165
q, кВт/м2 15
30
200
100
Сечение 1
Gпара = 2,8 г/с
Gпара = 2,2 г/с
Gпара = 1,7 г/с
135
150
120
150
200
j, ° 165
135
150

8.

8
Распределение КТО при расходе охлаждающей воды Gохл = 40 мл/с
Gпара = 2,8 г/с
Gпара = 2,2 г/с
Gпара = 1,7 г/с
j, o
a, кВт/(м2·К) 15
j, o
a, кВт/(м2·К) 15
30
45
15
Сечение 1
45
15
60
10
a, кВт/(м2·К) 15
30
45
15
60
10
30
60
10
5
75
5
75
5
75
0
90
0
90
0
90
5
105
5
105
5
105
10
10
120
15
j, ° 165
15
135
150
j, ° 165
10
120
120
15
135
150
j, ° 165
135
150
j, o
j, o
a, кВт/(м2·К) 15
30
45
15
j, o
a, кВт/(м2·К) 15
30
45
15
60
10
Сечение 2
a, кВт/(м2·К) 15
75
5
75
0
90
0
90
5
105
5
105
120
15
j, ° 165
135
150
10
120
15
j, ° 165
60
10
5
10
45
15
60
10
30
135
5
75
0
90
5
105
10
120
15
150
j, ° 165
135
150

9.

9
Фото и видео материал
Gпара = 1,7 г/с
Gпара = 2,8 г/с

10.

10
Временные теплограммы в сечении 1 при Gохл = 40 мл/с
q, кВт/м2
Gпара = 2,8 г/с
200
150
100
50
q, кВт/м2
180
50
j = 135
180
o
160
160
140
140
120
120
100
100
j = 150
o
105
100
120
150
200
j, ° 165
q, кВт/м2
135
150
80
0
5
10
t, c
15
q, кВт/м2
80
0
10
15
t, c
15
t, c
q, кВт/м2
j = 165
180
o
160
140
140
120
120
100
100
80
5
10
15
j = 180
180
160
0
5
t, c
o
80
0
5
10

11.

11
Временные теплограммы в сечении 2 при Gохл = 40 мл/с
100
240
240
q, кВт/м
2
200
q, кВт/м2
150
q, кВт/м2
50
Gпара = 2,8 г/с
220
j = 135
50
105
100
120
150
200
j, ° 165
135
150
220
o
200
200
180
180
160
160
140
140
120
0
5
10
t, c
15
q, кВт/м2
j = 150
o
120
0
5
10
15
t, c
10
15
t, c
q, кВт/м2
240
240
j = 165
220
o
220
200
200
180
180
160
160
140
140
j = 180
o
120
120
0
5
10
15
t, c
0
5

12.

12
Угловые теплограммы в сечении 1
Gпара = 2,2 г/с
Gпара = 1,7 г/с
q, кВт / м2 15
Gпара = 2,8 г/с
q, кВт / м2 15
30
q, кВт / м2 15
30
45
30
45
200
45
200
200
60
100
60
75
0
90
105
100
100
100
75
0
90
90
105
100
120
120
200
200
135
135
150
j, o
75
0
105
100
120
200
60
135
150
150
j, o 165
165
Gохл :
40 мл/c
j, o
100 мл/c
170 мл/c
165

13.

13
Распределение КТО в сечении 1
Gпара = 2,2 г/с
Gпара = 1,7 г/с
a, кВт/(м2·К) 15
Gпара = 2,8 г/с
a, кВт/(м2·К) 15
a, кВт/(м2·К) 15
30
30
30
45
45
45
10
10
10
60
5
75
0
90
105
5
60
60
5
0
105
5
105
120
120
10
135
135
135
150
j,
90
5
10
o
75
0
90
120
10
5
75
150
150
j,
165
Gохл :
40 мл/c
o
j,
165
100 мл/c
170 мл/c
o
165

14.

14
Заключение
• Создана экспериментальная установка, позволяющая исследовать теплообмен при
конденсации насыщенного водяного пара с применением теплометрии и термометрии.
• Результаты термометрии: низкая информативность и инерционность термопар не
позволяют определить область развития поддонной зоны и отрыв конденсата.
Относительная неопределенность расчета местной плотности теплового потока (ПТП) по
уравнению стационарной теплопроводности через цилиндрическую стенку составляет
около 13%.
• Результаты теплометрии: распределение местной ПТП при конденсации существенно
зависит от расходов пара и охлаждающей воды. Наблюдается немонотонное снижение
местной ПТП, вызванное сложным характером течения конденсата. На нижней
образующей трубы зафиксированы пульсации ПТП, обусловленные отрывом конденсата.
Относительная неопределенность расчета местной плотности теплового потока
не превышает 6%.
• Совмещение теплометрии и термометрии позволило рассчитать местные КТО при
конденсации насыщенного водяного пара с относительной неопределенностью менее 8%.
При низком расходе пара выявлена существенная неравномерность в распределении КТО
по трубе. Увеличение расхода пара приводит к формированию единой конденсатной
пленки и формированию поддонной зоны в области φ = 135…225о.

15.

Спасибо за
внимание!