Onderzoekingen over de warmtedoorgang in een vertikale pijpverdamper

ONDERZOEKINGEN OVER DE WARMTEDOORGANG

IN EEN VERTIKALE PIJPVERDAMPER

PROEFSCHRIFT

TER VERKRIJGING VAN DE GRAAD VAN DOCTOR IN DE LANDBOUWKUNDE, OP GEZAG VAN DE RECTOR MAGNIFICUS,

IR W. F. EIJSVOOGEL,

HOOGLERAAR IN DE HYDRAULICA, DE BEVLOEIING, DE WEG- EN WATERBOUWKUNDE EN DE

BOSBOUWARCHITECTUUR,

TE VERDEDIGEN TEGEN DE BEDENKINGEN VAN EEN COMMISSIE UIT DE SENAAT

VAN DE LANDBOUWHOGESCHOOL TEWAGENINGEN OP VRIJDAG 1 JULI I960 TE 16 UUR

DOOR

I

Voorhet indampen van temperatuurgevoelige produkten verdient het geen aan-beveling een vertikale pijpverdamper met natuurlijke circulatie te gebruiken.

Dit proefschrift. II

Vergroting van de vloeistofsnelheid in een verdamperpijp behoeft niet altijd een toeneming van de gemiddelde k-waarde tot gevolg te hebben.

Dit proefschrift. Ill

Dat de hoogste plaatselijke warmteoverdrachtscofifficiSnten zouden optreden ter plaatse vande hoogste vloeistoftemperatuur in de verdamperpijp is niet be-wezen.

E.Kirschbaum, Chemie-Ing.-Techn. 27(1955) 248. IV

Demethode van Peterson ter bepaling van de lipase-activiteit is ondeugdelijk. M.H.Peterson, e.a. J. Dairy Sc. 26(1943) 233.

De gevolgtrekkingen van Thome1 aangaande de betekenis van de betacoccen bij

de eiwitafbraak in kaas zijn onjuist.

K. E.Thome' Svenska Mejeritidningen 38(1946) 513. VI

Het opnemen in het melkbesluit van een bepaling met betrekking tot de duur-zaamheid van consumptiemelk verdient aanbeveling.

Bij de bepaling van de garantieprijs van de melk is het gewenst niet alleen de kostprijsalsbepalende factor, maar ook andere factoren, zoals zuivelwaarde, e. d. in rekeningte brengen.

VIII

Aan de methodiek van organoleptische beoordeling van voedings- en genotmid-delen wordt hier te lande nog onvoldoende aandacht geschonken.

IX

Bij de studie in de richting Technologie aan de Landbouwhogeschool dient meer aandacht te worden besteed aan de industriele bedrijfsleer.

Hetverdientaanbevelingdemogelijkheden tot opleiding van middelbare techni-sche krachten voor de levensmiddelenindustrie te vergroten .

Door deze betuig ik mijn dank aan mijn p r o m o t o r , Prof. D r I r H. A. L e n i g e r , onder wiens leiding dit werk tot stand is gekomen. Zijn adviezen en opbouwen-de kritiek zijn mij tot grote steun geweest.

Tevens ben ik dank verschuldigd aan het p e r s o n e e l van het L a b o r a t o r i u m voor Technologie voor de hulp bij de uitvoering van het onderzoek en bij het g e r e e d maken van het m a n u s c r i p t .

Het onderzoek is mogelijk gemaakt door een subsidie van de C o m m i s s i e voor de Landbouwnijverheid T . N . O . , terwijl een prettig kontakt onderhouden werd met het Centraal Technisch Instituut T . N . O .

1NHOUD

HOOFDSTUK I A L G E M E N E INLEIDING HOOFDSTUK II APPARATUUR E N W E R K W I J Z E 1. B e s c h r i j v i n g van de g e b r u i k t e a p p a r a t u u r . 2. 2 . 1 . U i t v o e r i n g van de p r o e v e n . 2 . 2 . Metingen bij de p r o e v e n . 3. B e r e k e n i n g e n . 4. N a u w k e u r i g h e t d en r e p r o d u c e e r b a a r h e i d van de m e t i n g e n .

HOOFDSTUK III DE INVUOED VAN DE SCHIJNBARE VLOEISTOFHOOGTE O P DE WARMTEDOORGANGSCOE F F I C I E N T BIJ NATUURLIJKE CIRCULA-TIE 1. 1 . 1 . I n l e i d i n g . 1. 2. De s t r o m i n g i n de v e r d a m p e r . 2. U i t v o e r i n g van de m e t i n g e n , o v e r z i c h t en r e s u l t a t e n van de p r o e -v e n . 2 . 1 . Metingen bij l a d i n g s g e w i j s w e r k e n . 2 . 2 . M e t i n g e n bij kontinu w e r k e n . 3. Beschouwing van de r e s u l t a t e n . 13 1 4 1 5 1 5 1 6 17 HOOFDSTUK IV DE I N V L O E D VAN H E T T E M P E R A T U U R V E R S C H I L EN H E T T E M -P E R A T U U R N I V E A U O -P D E WARMTEDOORGANGSCOEFFICIENT k . 1. I n l e i d i n g . 2 4 2. V e r r i c h t e m e t i n g e n e n r e s u l t a t e n . 3 0 3. B e s c h o u w i n g van de r e s u l t a t e n . 3 5

HOOFDSTUK V WARMTEDOORGANG B I J TOEPASSING VAN G E F O R C E E R D E C I R -CULATIE

1. I n l e i d i n g . 4 5 2. O v e r z i c h t van de m e t i n g e n en r e s u l t a t e n . 4 6 3 . B e s c h o u w i n g e n van de r e s u l t a t e n . 4 9

HOOFDSTUK VI WARMTEDOORGANG B I J TOEPASSING VAN ONTSPANNINGSVER-DAMPING

1. I n l e i d i n g . 5 6 2. U i t v o e r i n g van h e t o n d e r z o e k e n r e s u l t a t e n . 5 8

VAN DE VLOEISTOF IN DE VERDAMPERPIJP.

1. Inleiding. 6 4 2. 2 . 1 . Gebruikte apparatuur. 6 5

2. 2. Uitvoering van het onderzoek. 6 8 3. Overzicht van de uitgevoerde metingen en resultaten. 6 9 4. Beschouwing van de resultaten. 7 1

4 . 1 . Inleiding. 7 1 4 . 2 . Metingen bij ontspanningsverdamping en g e f o r c e e r d e c i r

-c u l a t e . 7 2 4. 3. Metingen met natuurlijke c i r c u l a t i e . 7 4

HOOFDSTUK VIIINABESCHOUWING, SAMENVATTING EN CONCLUSIES. 7 6

NOMENCLATUUR 8 1

HOOFDSTUK 1

ALGEMENE INLEIDING.

In het L a b o r a t o r i u m voor Technologie van de Landbouwhogeschool zijn g e -durende de l a a t s t e j a r e n onderzoekingen uitgevoerd o v e r de warmtedoorgang in v e r d a m p e r s . De aanleiding h i e r t o e was dat e r , zoals uit de bespreking v a n l i t e r a t u u r i n e l k d e r v o l g e n d e h o o f d s t u k k e n n o g zal blijken, tot nu toe over de warmtedoorgangsco§ffici6nt, de zgn. k - w a a r d e , in v e r d a m p e r s , in afhan-kelijkheid van de bedrijfsomstandigheden, onvoldoende bekend w a s . Deze k-waarde i s 66n d e r belangrijkste gegevens, die men bij het ontwerpen en dimensioneren van v e r d a m p e r s nodig heeft. De verschijnselen, die in v e r -d a m p e r s optre-den, zijn -d e r m a t e complex -dat een berekening van -de k - w a a r -d e langs theoretische weg onmogelijk i s . Men i s derhalve aangewezen op langs experimentele weg gevonden waarden.

E e r s t zijn metingen v e r r i c h t aan enkele typen van v e r d a m p e r s , die i n h e t laboratorium in een s e m i t e c h n i s c h e uitvoeringsvorm aanwezig zijn. O n d e r -zocht i s de warmtedoorgang in een omloopverdamper met korte schuinstaan-de stijg- en valpijpen en in een- filmverdamper m e t gedwongen film; de r e

-sultaten van deze onderzoekingen zijn r e e d s e e r d e r gepubliceerd.* Het in dit proefschrift te beschrijven onderzoek i s uitgevoerd m e t een s p e -ciaal voor dit doel g e c o n s t r u e e r d e v e r d a m p e r . Deze bevat 66n betrekkelijk lange v e r t i k a l e pijp, waarin de te onderzoeken vloeistof wordt v e r d a m p t en die aan de buitenzijde wordt v e r w a r m d door kondenserende stoom. De v e r damperpijp i s v e r w i s s e l b a a r , zodatgewerkt kan worden m e t pijpen van v e r -schillende lengten en d i a m e t e r s en van ver-schillende c o n s t r u c t i e m a t e r i a l e n . E r werden s t e e d s pijpen gebruiktdie wat betreft hun afmetingen en . m a t e r i -aal overeenkomen m e t de pijpen die men in vele typen v e r d a m p e r s in de praktijk aantreft. Het enige v e r s c h i l i s dat de technische v e r d a m p e r s een m e e s t a l groot aantal pijpen naast e l k a a r b e v a t t e n ; d i t d o e t e c h t e r w e i h i g t e r -zake, zodat onze p r o e f v e r d a m p e r kan worden beschouwd a l s een model van een technische v e r d a m p e r .

De proefverdamper i s zodanig g e c o n s t r u e e r d dat een z e e r groot gebied van bedrijfsomstandigheden kan worden b e s t r e k e n . Dit zal in de volgende hoofdstukken nog n a d e r w o r d e n toegelicht. Voorts i s de v e r d a m p e r zodanig u i t g e -rust dat gewerkt kan worden met natuurlijke c i r c u l a t i e , m e t geforceerde circulatie met behulp van een pomp, terwijl ook zgn. ontspanningsverdam-ping kan worden toegepast. T e n s l o t t e k a n met de p r o e f v e r d a m p e r ladingsge-wijs dan wel kontinu worden gewerkt.

Leniger, H. A. en Veldstra, J. Chemie-Ingenieur-Technik 30 (1958 ) 636 " Leniger, H. A. en Veldstra, J. Chemie-Ingenieur-Technik 31 (1959 ) 493

warmtedoorgangscoSfficiSnten die optreden bij lage kooktemperaturen en bij geringe t e m p e r a t u u r v e r s c h i l l e n tussen de verwarmingsstoom en de ko-kende vloeistof. Bij de m e e s t e oudere onderzoekingen zijn betrekkelijk hoge kooktemperaturen gebruikt, terwijl deze t e m p e r a t u r e n en ook de t e m p e r a tuurverschillen betrekkelijk weinig werden g e v a r i e e r d . E r zijn in de l i t e r a t u u r enkele aanwijzingen dat de kwaarde s t e r k daalt n a a r m a t e men l a g e -r e kooktempe-ratu-ren en k l e i n e -r e t e m p e -r a t u u -r v e -r s c h i l l e n gaat t o e p a s s e n . Nu zijn het juist deze bedrijfsomstandigheden die 6ns s t e r k i n t e r e s s e r e n , omdat wij in de levensmiddelenindustrie te maken hebben met t e m p e r a t u u r -gevoelige produkten, die bij voorkeur bij lage t e m p e r a t u r e n en met kleine t e m p e r a t u u r v e r s c h i l l e n worden ingedampt, Het v o o r n a a m s t e doel van ons onderzoek was dan ook gegevens over de k w a a r d e n in dit gebied t e v e r z a -m e l e n .

Voorts blijkt uit de l i t e r a t u u r dat de m e e s t e o n d e r z o e k e r s v e r d a m p e r s m e t koperen pijpen hebben gebruikt. Aangezien in de levensmiddelenindustrie veelal r o e s t v r i j stalen v e r d a m p e r s worden toegepast, hebben wij in hrotffd-zaak metingen v e r r i c h t aan r o e s t v r i j stalen pijpen, die een veel s l e c h t e r e warmtegeleiding vertonen dan koperen pijpen en waarbij dus de k - w a a r d e l a g e r zal zijn.

Al onze metingen zijn uitgevoerd met water. Dit heeft het voordeel dat het toch r e e d s z e e r ingewikkelde onderzoek in verschillende o p z i c h t e n a a n m e r -kelijk kon worden vereenvoudigd, terwijl een goede vergelijking mogelijk was tussen verschillende pijpen en verschillende werkwijzen. Beperking van het onderzoek tot w a t e r heeft u i t e r a a r d het b e z w a a r dat degevonden k w a a r den niet zonder m e e r gelden voor oplossingen, sappen, e x t r a c t e n e. d. W a n n e e r h e t e c h t e r gaat om oplossingen van geringe concentratie zullen de v e r -schillen t . o . v . water gering zijn. Dit neemt echter niet weg dat uitbreiding van het onderzoek met v a r i a t i e s in de fysische eigenschappenvan de in te dampen vloeistoffen, a l s warmtegeleidingsvermogen, v e r d a m p i n g s w a r m t e , oppervlaktespanning, viscositeit, e. d., z e e r gewenst i s .

In ons onderzoek hebben wij een zo groot mogelijk gebied van kooktempera-turen en t e m p e r a t u u r v e r s c h i l l e n betrokken. De laagste kooktemperatuur bedroeg 30°C;een zo lage temperatuur wordt in de praktijk heel weinig t o e gepast. Een groot voordeel van onze a p p a r a t u u r i s dat verschillende w e r k -wijzen bij gebruik van dezelfde verdamperpijpen onderling kunnen worden vergeleken; dit i s tot nu toe zelden of nooit gedaan.

Een groot deel van ons onderzoek i s gericht geweest op het bepalen van kwaarden onder s t e r k uiteenlopende bedrijfsomstandigheden. Deze k w a a r den zijn dan gemiddelden voor de gehele verdamperpijp; dit zijn ook de g e -gevens die men in de praktijk nodig heeft. Wij hebben s t e e d s getracht de waargenomen k-waarden en de veranderingen die d a a r i n optreden tengevolge van wijzigingen in de bedrijfsomstandigheden te v e r k l a r e n . Dit i s in vele gevallen ook redelijk goed gelukt, althans in kwalitatieve zin. Men dient hierbij evenwelte bedenken dat vele factoren invloed op de k-waarden uitoe-fenen en dat de omstandigheden in een verdamperpijp in het algemeen van plaats tot plaats s t e r k v e r s c h i l l e n . Ditbetekent dat de plaatselijke k-waarden z e e r uiteenlopen.

het t e m p e r a t u u r v e r l o o p in de v e r d a m p e r p i j p en warmteoverdrachtscoSffici-enten van de pijp op de vloeistof te meten. Dit bleek buitengewoon moeilijk te zijn en dit deel van ons onderzoek, b e s c h r e v e n in hoofdstuk VII, kan dan ook z e k e r niet a l s afgesloten worden beschouwd. Desalniettemin heeft het ertoe bijgedragen plausibele verklaringen voor de gemeten k - w a a r d e n te geven.

® _._ manometer. produkt. stoom. vacuum, water. fig. 1.

Flowsheet vertikale pijpverdamper.

Averdamperpijp, B stoommantel, C kondensor, Dcirculatiepomp, Emeetvat, F damp-afscheider, G buffervat, H kondensaatverzamelvat, I rotameter, J warmtewisselaar, K peilglas, L venturimeter, M oriflowrator, N waterstraalkompressor, O kwik-konr takt-U-buis manometer, P magneetventiel, Q tank, R waterstraalpompjes, S stoom-kondensaatmeetvat, T stoomdroger, U tandradpomp, V verwarmingskabels, 1-13 af-sluiters.

HOOFDSTUK II

APPARATUUR EN WERKWIJZE

1 . B e s c h r i j v i n g v a n d e g e b r u i k t e a p p a r a t u u r .

De bij dit onderzoek gebruikte v e r d a m p e r i s een vertikale pijpverdamper, fabrikaat Werkspoor. De v e r d a m p e r heeft e^n pijp A, die v e r w i s s e l b a a r is. De pijp is voorzien van een stoommantel B. Z o a l s in de flowsheet van de opstelling, figuur 1, te zien i s , wordt de vloeistof in de a p p a r a t u u r g e c i r c u l e e r d . Gewerkt kan worden met natuurlijke circulatie, met geforceerde c i r -culatie en met ontspanningsverdamping. De cir-culatie wordt bij t o e p a s s i n g van geforceerde circulatie geregeld door de afsluiter 1 t u s s e n de pomp D en de verdamperpijp, bij ontspanningsverdamping door het expansieventiel 2 geplaatst na de verdamperpijp.

Met de v e r d a m p e r kan ladingsgewijs worden gewerkt, waarbij het konden-s a a t van de kondenkonden-sor C n a a r een meetvat E gaat of e r kan kontinu gewerkt worden, waarbij het kondensaat teruggevoerd wordt n a a r de v e r d a m p e r . Bij het onderzoek zijn verschillende pijpen gebruikt,met lengten van 1 en 2 m , variSrend ininwendige d i a m e t e r van 18 tot 50 m m . De inwendige diame-t e r van de dampafscheider F is 244 m m , van de omloopleiding 40, 5 m m . De in te dampen vloeistof wordt via afsluiter.3 in de v e r d a m p e r getrokken. D e g e v o r m d e damp gaat van de dampafscheider via een verbindingsbuis n a a r de oppervlaktekondensor. Al n a a r gelang de werkwijze kan men het konden-s a a t voeren n a a r het meetvat E (de vaten G en H dienen r e konden-s p , alkonden-s buffervat en kondensverzamelvat) of via de r o t a m e t e r I en de w a r m t e w i s s e l a a r J met hulpapparatuur t e r u g v o e r e n n a a r de v e r d a m p e r . De t e m p e r a t u u r van deze teruggevoerde vloeistof wordt geregeld met de w a r m t e w i s s e l a a r en m e t v e r -warmingskabels om de leiding. De dampafscheider en de omloopleiding van de v e r d a m p e r zijn gei'soleerd.

De schijnbare vloeistofhoogte wordt gemeten in een peilglas K, dat verbonden is met het ondereinde van de verdamperpijp (stijgpijp) e n m e t d e d a m p -afscheider. Gemeten wordt dus het d r u k v e r s c h i l t u s s e n deze twee punten. De schijnbare vloeistofhoogte i s dit d r u k v e r s c h i l in m waterkolom, u i t g e -drukt in % van de lengte van de v e r d a m p e r p i j p . Men s p r e e k t algemeen van "schijnbare".vloeistofhoogteomdat gedurende het in bedrijf zijn van de v e r -damper wordt gemeten en de vloeistofhoogte dan niet g e l i j k i s aan die welke wordt waargenomen bij de buiten werking zijnde v e r d a m p e r . Op gelijke m a n i e r wordt de schijnbare vloeistofhoogte in de terugvoerleiding(valpijp) g e -m e t e n .

De circulatiesnelheid wordt bij de metingen m e t natuurlijke c i r c u l a t i e bepaald met een v e n t u r i m e t e r L, die in het onderste deel van de valpijp i s g e -plaatst. Bij geforceerde circulatie en bij ontspanningsverdamping wordt een oriflowrator M gebruikt. Deze bestaat uit een meetflens in de l e i d i n g , terwijl in de omloopleiding een meetflens en een r o t a m e t e r zijn geplaatst. De meetflenzen zijn zodanig dat ongeveer een constant deel van de vloeistof door de omloopleiding s t r o o m t .

Voor het v e r k r i j g e n van het vacuum in het gehele s y s t e e m i s gebruik g e maakt van een w a t e r s t r a a l k o m p r e s s o r N. De regeling van het vacuum g e -s c h i e d t d o o r e e n kwikkontakt-U-bui-s m a n o m e t e r O en magneetventiel P , die in de hoofdvacuumleiding ( n a a r de kondensor g a a n d e ) , zijn aangebracht. Voor v e r w a r m i n g is gebruik gemaakt van vacuumstoom en van o v e r d r u k -stoom. De vacuumstoom wordt v e r k r e g e n door de v e r d a m p e r als tweede t r a p in een t w e e t r a p s v e r d a m p e r op t e stellen. De e e r s t e t r a p is de tank Q, v o o r z i e n v a n e e n v e r w a r m i n g s s p i r a a l . De t e m p e r a t u u r h i e r i n wordt automa-t i s c h geregeld door een op luchautoma-tdruk werkende r e g e i a a r . Heautoma-t vacuum wordautoma-t v e r k r e g e n door d r i e w a t e r s t r a a l p o m p j e s R e n wordt aangezogen bij de stoom kondensaatmeettank S. De overdrukstoom wordt via de afsluiters 4 en 5 toegevoejfd en via een s t o o m d r o g e r T (eventueel te gebruiken als stoomkoe-l e r , indien de stoom oververhit i s ) n a a r de v e r d a m p e r gevoerd.

De gebruikte hoeveelheid stoom k a n g e m e t e n w o r d e n m e t de stoomkondensaat-meettankS(inhoud51 ) . Bij vacuumstoom wordt het kondensaat teriiggevoerd n a a r de tank Q, bij overdrukstoom wordt het kondensaat gespuid.

De watertoevoer aan de kondensor wordt geregeld. De hoeveelheid water wordt met een meetflens in de leiding gemeten. In de aan- en afvoerleiding

zijn t h e r m o m e t e r s aangebracht.

2 . 1 . U i t v o e r i n g v a n d e p r o e v e n .

De uitvoering i s in grote lijnen bij alle soorten van proeven gelijk. In het h i e r n a volgende zal de uitvoering bij proeven met natuurlijke circulatie en met kontinu t e r u g v o e r e n van het kondensaat e e r s t besproken worden. D a a r -na zulien de v e r s c h i l l e n genoemd worden, die bij de andere onderzochte werkwijzenvoorkomen. De proeven bij het gehele onderzoek zijn uitgevoerd met gedestilleerd of gedei'oniseerd w a t e r .

Na inschakeling van de w a t e r s t r a a l k o m p r e s s o r N wordt een afgewogen hoe-veelheid vloeistof via afsluiter 3 ingetrokken. De benodigde hoehoe-veelheid is afhankelijk van de gewenste schijnbare vloeistofhoogte en van het toe te p a s -s e n t e m p e r a t u u r n i v e a u e n t e m p e r a t u u r v e r -s c h i l . Bij gebruik van vacuum-stoom wordt de automatische regeling van de s t o o m t e m p e r a t u u r ingesteld en e r wordt vacuum getrokken in het leidingsysteem van de stoom.

Daarna wordt de kondensor i n g e s c h a k e l d . De tandradpomp U in de leiding k o n d e n s o r - v e r d a m p e r wordt ingeschakeld, de afsluiter 6 in de omlooplei-dingvan deze pomp wordt geheel geopend. Z o d r a het kondensaat uit de kondensor s t r o o m t , wordt deze afsluiter zo v e r gesloten, dat het peil in de l e i -ding konstant blijft.

Bij gebruik van overdrukstoom wordt stoom toegelaten in de mantel van de verdamperpijp zodra het vacuum in de v e r d a m p e r ongeveer het gewenste

peil heeft bereikt. , Het v e r e i s t e vacuum wordt op de kontakt-U-buis m a n o m e t e r ingesteld.

Als de vloeistof in de v e r d a m p e r kookt, worden de kooktemperatuur, de s t o o m t e m p e r a t u u r en de schijnbare vloeistofhoogte p r e c i e s afgesteld. Deze l a a t s t e wordt ingesteld door afsluiter 7 t e openen en zoveel van de vloeistof n a a r het opvangvat te voeren, als noodzakelijk is om de gewenste hoogte te bereiken. De schijnbare vloeistofhoogte in de stijgpijp kan ook ingesteld worden door afsluiter 8 zo ver te sluiten dat de gewenste hoogte bereikt wordt. Het kondensaat wordt door de w a r m t e w i s s e l a a r J en de verwarmingskabels V op de gewenste t e m p e r a t u u r aan de v e r d a m p e r toegevoerd.

stationair i s , d . i . na ca 1 uur het geval, kan met meten begonnen worden. Bij kontinu werken met de v e r d a m p e r wordt de verdampte hoeveelheid water bepaald m . b. v. de r o t a m e t e r I in de terugvoerleiding. De gebruikte hoe-veelheid stoom wordt gemeten met de meettank S .

Bij de uitvoering van proeven bij ladingsgewijze werken wordt het konden-saat tijdens het instellen teruggevoerd n a a r de v e r d a m p e r . Als de toestand stationair ge worden i s , wordt het kondensaat n a a r het meet vat E gevoerd. D e a f s l u i t e r s 6 en 9 worden geopend, afsluiter 10 wordt gesloten. De afsluit e r s 11 en 12 worden periodiek geopend om heafsluit meeafsluitvaafsluit afsluite ledigen. Bij l a -dingsgewijze werken neemt de hoeveelheid v l o e i s t o f i n de v e r d a m p e r met de tijd af.

Bij geforceerde circulatie en bij ontspanningsverdamping wordt s t e e d s konti-nu gewerkt. De afsluiter 8 wordt dan gesloten, terwijl afsluiter 13 geopend i s . De circulatiepompD wordt navullen van de v e r d a m p e r ingeschakeld. Bij geforceerde circulatie wordt de stroomsnelheid geregeld met afsluiter 1, het expansieventiel 2 is dan geheel geopend. Bij ontspanningsverdamping wordt de circulatie geregeld met hef expansieventiel 2; in dit geval i s de afsluiter 1 geheel geopend. Om de s t e r k e draaiing in de dampafscheider gedeeltelijk tegen te gaan, wordt onderin de dampafscheider een schot geplaatst. De stand van de niet genoemde afsluiters volgt uit de flowsheet. 2 . 2 . M e t i n g e n b i j d e p r o e v e n .

De tijdsduur van de proeven bij kontinu werken was i . h . a. een half uur. G e -durende deze tijd werden de m e e t i n s t r u m e n t e n om de 5 min. afgelezen, in totaal 7 x. Voor de berekeningen werd het gemiddelde van deze w a a r n e m i n -gen gebruikt.

Zowel bij proeven met natuurlijke en geforceerde circulatie a l s bij ontspan-ningsverdamping werden de volgende metingen v e r r i c h t .

a. de kooktemperatuur; h i e r v o o r waren 2 t h e r m o m e t e r s in de dampafschei-d e r aanwezig.

b. de t e m p e r a t u u r van het aan de v e r d a m p e r toegevoerde kondensaat. c. de t e m p e r a t u u r van het water voor en na p a s s e r e n van de kondensor (2 x

p e r half uur).

d. het vacuum in de v e r d a m p e r en het ingestelde vacuum op de kwikmano-m e t e r (1 x p e r half u u r ) .

e. de t e m p e r a t u u r van de in t e dampen vloeistof aan het begin van de stijgpijp. f. de t e m p e r a t u u r van het damp-vloeistof mengsel aan het einde van de

stijgpijp.

g. de stoomdruk, de s t o o m t o e v o e r t e m p e r a t u u r e n d e stoomkondensaatafvoer-t e m p e r a stoomkondensaatafvoer-t u u r .

h. de vlotterstand van de r o t a m e t e r i n d e l e i d i n g k o n d e n s o r v e r d a m p e r . D e -ze werd gedurende een halve minuut afgele-zen en a l s r o t a m e t e r s t a n d werd het gemiddelde genomen. Dit geschiedde omdat de vlotter altijd e e n schommelende beweging vertoonde. De variatie van de vlotterstand en de t e m p e r a t u u r van het kondensaat v<56r de r o t a m e t e r werden eveneens g e -meten.

i . de omgevingstemperatuur.

Bij de proeven met n a t u u r l i j k e c i r c u l a t i e werd de schijnbare vloei-stofhoogte in de stijg- en valpijp bepaald. D a a r n a a s t w e r d de m a n o m e t e r van

Bij de onderzoekingen over g e f o r c e e r d e c i r c u l a t i e en bij o n t s p a n -n i -n g s v e r d a m p i -n g werd de oriflowrator afgeleze-n.

Bij l a d i n g s g e w i j s w e r k e n w e r d e n g r o t e n d e e l s dezelfde waarnemingen v e r r i c h t . De duur van een proef i s in dit geval afhankelijk van de v e r d a m -pingssnelheid en net gebied van de schijnbare vloeistofhoogten, dat men wil bestrijken. Gemeten werden de tijd nodig voor het opvangen van een bepaal-de hoeveelheid vloeistof in het meetvat en bepaal-de tijd t u s s e n twee metingen. Naastdebovengenoemde waarnemingen zijntenslotte z e e r veel t e m p e r a t u u r -metingenmet thermokoppels v e r r i c h t . Een gedeelte van deze metingen diende t e r kontrole van diende t h e r m o m e t e r s . Andiendere waarnemingen met t h e r m o koppels werden g e d a a n t e r bepaling van de w a n d t e m p e r a t u u r van de v e r d a m -perpijp en van het t e m p e r a t u u r v e r l o o p in de v e r d a m p e r p i j p .

3. B e r e k e n i n g e n .

De voornaamste berekeningen betreffen de k - w a a r d e n uit de toegevoerde en verbruikte w a r m t e . d e circulatie en voor enkele pijpende w a r m t e o v e r g a n g s -coefficienten.

De toegevoerde w a r m t e Q (kcal/h) is de w a r m t e toegevoerd door de konden-satie van de stoom v e r m i n d e r d met het w a r m t e v e r l i e s van de stoommantel aan de omgeving. Dit w a r m t e v e r l i e s is voor alle pijpen bij d i v e r s e t e m p e r a -t u r e n g e m e -t e n . T e r berekening van de gekondenseerde hoeveelheid s-toom in k g / h w e r d d e hoeveelheid opgevangen stoomkondensaat g e c o r r i g e e r d voor de t e m p e r a t u u r van het kondensaat en voor de uitzetting van de meettank. De netto verbruikte w a r m t e Q i s de w a r m t e v e r b r u i k t voor de gemeten v e r -damping Qy v e r m e e r d e r d meS de w a r m t e Q0 benodigd voor opwarmen tot

kooktemperatuur van de toegevoerde vloeistof. Het v e r s c h i l t u s s e n Qg en Qa

is dus het w a r m t e v e r l i e s van de v e r d a m p e r aan de omgeving.

Bij ontspanningsverdamping en bij toepassing van geforceerde c i r c u l a t i e vindt e r warmtetoevoer plaats door de circulatiepomp. Deze w a r m t e h o e veelheid Op is door ons ontleend aan een door de fabrikant van de pomp v e r -strekte g r a l i e k e n w e r d van de netto verbruikte w a r m t e afgetrokken, aange-zien deze warmte niet via het v e r w a r m e n d oppervlak is gegaan. De w a r m t e benodigd voor de verdamping Q i s de gemeten verdamping in k g / h v e r m e -nigvuldigd met de ver dampings w a r m t e behorend bij de t e m p e r a t u u r van de damp in de dampafscheider.

Samenvattendkrijgenwij dus voor de verbruikte w a r m t e Q : bij natuurlijke circulatie en continu werken : Q = Q + Q .

bij natuurlijke circulatie en ladingsgewijs werken : Q = Q .

bij geforceerde circulatie en bij ontspanningsverdamping :Q =Q + Q - Q . Voor de berekening van de k-waarde is als t e m p e r a t u u r v e r s c h i l gebruikt het v e r s c h i l in t e m p e r a t u u r t u s s e n de stoom in de stoommantel en de damp in-de dampafscheider. Als s t o o m t e m p e r a t u u r i s de afvoertemperatuur van het stoomkondensaat gekozen, die in de r e g e l l a g e r was dan de stoomtoevoertemperatuur. Dit laatste kan zijn oorzaak vinden in een geringe o v e r verhitting, i n d e aanwezigheid van nietkondenseerbare g a s s e n en in een g e -ring drukverval door de s t r o m i n g . . . . ,;

Hierin is : F het v e r w a r m e n d oppervlak (m2) At het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l (°C )

Q hoeveelheid w a r m t e ( k c a l / h ) ; met de toegevoerde warmte C^ wordt k verkregen, met de verbruikte warmte Q , k .

s a a Bij natuurlijke circulatie werd de hoeveelheid vloeistof die van de dampaf-s c h e i d e r n a a r de dampaf-stijgpijp dampaf-s t r o o m d e , in de valpijp met behulp van een ven-t u r i m e ven-t e r gemeven-ten. De m a n o m e ven-t e r van de v e n ven-t u r i m e ven-t e r verven-toonde sven-teeds een fluctuatie. Het grootste en kleinste d r u k v e r s c h i l werden afgelezen. Uit een ijkgrafiek werden de hoeveelheden gevonden.waarna het gemiddelde bepaald werd. Door de v e n t u r i m e t e r werd dus niet de totale toevoer gemeten, want de hoeveelheid vloeistof in kg/h aan het begin van de verdamperpijp is de som van de door de v e n t u r i m e t e r t e r u g s t r o m e n d e hoeveelheid en de aan de v e r d a m p e r toegevoerde hoeveelheid v e r s e vloeistof.

Bij geforceerde circulatie werd de circulatie met de oriflowrator gemeten. Uit een ijkgrafiek werd d a a r n a de hoeveelheid in k g / h afgelezen.

Voor de berekeningen van de warmteoverdrachtscoefficifint wordt verwezen n a a r het desbetreffende hoofdstuk.

4. N a u w k e u r i g h e i d e n r e p r o d u c e e r b a a r h e i d v a n d e m e t i n -g e n .

Voor de meting van de t e m p e r a t u r e n zijn l a b o r a t o r i u m en i n d u s t r i e t h e r m o -m e t e r s errther-mokoppels gebruikt. De schaalverdeling van de t h e r -m o -m e t e r s w a s i n l ° C . Sommige t h e r m o m e t e r s w a r e n voorzien van m e s s i n g beschermhulzen. De t h e r m o m e t e r s waarmede vloeistof en damptemperaturen g e -m e t e n werden in de v e r d a -m p e r , zijn geijkt onder o-mstandigheden zoveel mogelijk gelijk aan die in de v e r d a m p e r .

T e r kontrole van de s t o o m t e m p e r a t u u r zijn bij een s e r i e metingen een aan-t a l aan-thermokoppels geplaaaan-tsaan-t.

De variatie in de druk door de regeling met de kontakt-U-buis m a n o m e t e r met magneetventiel was ± 1 mm Hg.

De gemiddelde schijnbare vloeistofhoogte in de v e r d a m p e r werd op ± 1 % van de ingestelde waarde gehouden. Tengevolge van het kookproces kunnen bij waarnemingen g r o t e r e v a r i a t i e s optreden.

Voor de meting van de hoeveelheid verdampt water zijn m e e r d e r e rotame-* t e r s gebruikt. Evenals de oriflowrator zijn d e z e o p het laboratorium g e i j k t . De nauwkeurigheid is ± 1 % van de maximale waarde.

De v e n t u r i m e t e r is geijkt bij drie t e m p e r a t u r e n . De m a n o m e t e r s t a n d v e r -toonde vooral bij lage kooktemperaturen s o m s een z e e r s t e r k e v a r i a t i e . De oorzaak van deze variatie zal gelegen zijn in het kookproces. Bij s t e r k e schommeling zijn de r e s u l t a t e n van de metingen met de v e n t u r i m e t e r twij-felachtig. Waar dit het geval was, i s dit vermeld.

Voor het verdampen werd gebruik gemaakt van gedestilleerd of gedefoni-s e e r d water. Aangeziende tijd v66r het bereiken van de gedefoni-stationaire toegedefoni-stand vrij Jang was, was het water voor het grootste deel ontgast v<56r de metingen.

T a b e l 1. R e s u l t a t e n v a n e e n a a n t a l p r o e v e n d i e i n d u p l o of t r i p l o z i j n u i t g e v o e r d . K o o k t e m p .

°C

3 9 , 9 4 0 , 0 39,8 4 0 , 0 6 0 , 2 6 0 . 1 s t o o m -t e m p . ° C 5 9 , 9 6 0 , 0 1 1 9 , 9 1 2 0 , 0 At

°C

2 0 , 0 2 0 . 0 7 9 , 6 7 9 . 8 80,2 80,0 w e r k w i j z e e n p i j p l e n g t e 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 1 9 , 4 1 9 , 7 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . h % 7 4 , 4 7 4 . 4 7 4 , 8 7 4 , 5 7 4 , 7 7 4 , 9 c i r c u l a t i e k g / h - 60 t o t 472 206 90 t o t 370 230 - 2 0 3 - 346 72 - 1 5 0 - 364 57 267 - 778 532 234 - 885 560 8 0 , 0 8 0 , 0 80,2 1 2 0 , 0 1 2 0 , 0 1 2 0 , 4 4 0 , 0 4 0 , 0 40, 1 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 7 4 , 8 7 5 , 1 7 5 , 2 1613 - 1657 1 6 3 5 1574 - 1620 1597 1557 - 1616 1587 80,3 80,4 80,3 1 5 0 , 0 150, 1 1 5 0 , 0 6 9 , 7 6 9 , 6 6 9 . 7 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 7 5 , 3 7 5 , 6 7 5 . 8 640 - 1656 1148 512 - 1516 1010 592 - 1422 1007 8 0 , 0 7 9 , 9 1 0 5 , 0 1 0 4 , 8 2 5 , 0 2 4 , 9 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 9 8 , 1 9 9 , 7 1962 - 1990-• 1976 1736 - 1908 1822 ' 8 0 , 1 8 0 , 0 1 0 9 , 8 1 1 0 , 1 2 9 , 7 3 0 . 1 2 m n a t . c i r c . 2 m n a t . c i r c . 6 9 , 7 6 9 . 9 1055 - 1258 1157 870 - 1422 1146 4 0 , 2 3 9 , 9 5 4 , 5 5 5 . 6 1 4 , 3 1 5 , 7 1 m o n t s p . v e r d . 1 m o n t s p . v e r d . 7067 7017 8 0 , 0 8 0 , 0 1 2 8 , 7 1 3 0 . 1 4 8 , 7 5 0 . 1 2 m gef. c i r c . 2 m gef. c i r c . 6 9 1 1 6911

Qo k c a l / h 8 14 236 330 146 48 980 883 886 3 . 7 9 6 3 . 3 3 8 3 . 3 3 9 149 138 263 301 15 10 1.259 1.360 Qv k c a l / h 6 . 2 9 2 5 . 9 6 9 4 5 . 4 2 0 4 5 . 1 7 8 5 . 7 2 0 6 . 7 2 1 2 4 . 1 8 7 2 3 . 6 7 0 2 3 . 7 5 0 5 0 . 1 6 4 5 0 . 9 5 3 5 0 . 3 3 9 1 0 . 9 1 7 1 0 , 6 4 4 1 5 . 8 1 2 1 6 . 4 5 9 4 . 5 0 8 5 . 2 0 4 3 1 . 2 8 8 3 2 . 0 9 0 Q a k c a l / h 6 . 3 0 0 5 . 9 8 3 4 5 . 6 5 6 4 5 . 5 0 9 5 . 86"6 6 . 7 6 9 2 5 . 1 6 6 2 4 . 5 5 4 2 4 . 6 3 6 5 3 . 9 6 0 5 4 . 2 9 0 5 3 . 6 7 8 1 1 . 0 6 6 1 0 . 7 8 1 1 6 . 0 7 5 16. 760 4 . 5 2 3 5 . 2 1 4 3 2 . 5 4 6 3 3 . 0 9 0 ka k c a l / m2h ° C 1 . 0 2 5 974 1 . 8 4 8 1 . 8 4 8 982 1.114 2 . 0 4 3 1 . 9 9 3 1.994 2 . 4 1 4 2 . 5 3 1 2 . 5 0 1 1.436 1 . 4 0 8 1.756 1 . 8 1 0 1.560 1.707 2 . 0 9 8 2 . 0 9 9 Q s k c a l / h 6 . 8 2 7 6 . 5 9 2 4 6 . 8 1 7 6 . 5 9 5 7 . 1 8 8 2 7 . 0 5 3 5 8 . 1 4 8 1 2 . 0 5 8 1 9 . 3 8 2 1 9 . 2 9 8 4 . 2 5 7 4 . 6 9 9 3 3 . 9 9 2 3 5 . 5 5 3 ks k c a l / m2h ° C 1 . 1 1 1 1 . 0 7 3 1 . 9 0 1 1 . 1 0 4 1 . 1 8 3 2 . 1 8 9 2 . 7 0 9 1 . 5 7 5 2 . 1 1 7 2 . 0 8 4 1.933 1.944 2 . 2 6 7 2 . 3 0 5 QP k c a l / h 1 . 0 8 8 1 . 0 8 8 1 . 0 8 8 1 . 0 8 8

De verdamperpijpen werden regelmatig schoongemaakt door b o r s t e l e n met water en/of verdund azijnzuur.

De v a r i a t i e i n de kooktemperatuur tk bedroeg + 0, 1 C bij een kooktempera-tuur van 100°C en + 0 , 4 ° C b i j 4 0 ° C . De stoomtoevoertemperakooktempera-tuur en de stoomkondensaatternperatuur v a r i e e r d e n max. ± 1°C. Het v e r s c h i l tusgen beide was bij vacuumstoom 0, 1 tot 1, 6 C eh bij ove'rdrukstoom 0, 4 tot 4, 0 C. B i j d e b e r e k e n i n g e n w e r d steeds het gemiddelde van de waarnemingen, in de r e gel 7, gebruikt.

De eindhoeveelheidvloeistof in de v e r d a m p e r was i. h. a. iets kleiner dan de beginhoeveelheid. Dit verschil was maximaal ongeveer 1 %. T . o . v. de t o -taalhoeveelheid die verdampt i s , i s dit een aanzienlijk kleiner p e r c e n t a g e . Ten einde de reproduceerbaarheid na te gaan, zijn verscheidene proeven induplo of triplo v e r r i c h t , soms met een tijdsverschil van enkele maanden. Enkele r e s u l t a t e n z i j n vermeld in tabel 1. Uit deze tabel volgt dat de r e p r o -duceerbaarheid in het algemeen z e e r bevredigend i s en v e r b e t e r t bij een g r o t e r e overgedragen hoeveelheid w a r m t e . Bij kleine t e m p e r a t u u r v e r s c h i l lenwordt de reproduceerbaarheidnadelig beftivloed door de wisselende o m -gevingstemperatuur en het daarmede gepaardgaande w a r m t e v e r l i e s . Dit laatste geldt speciaal voor de pijp met het kleinste v e r w a r m e n d oppervlak. Uit de gegevens, vermeld in de tabel, kan tevens een indruk worden v e r k r e -gen over de warmtebalans. Vermeld zijn de toegevoerde w a r m t e Q en de verbruikte warmte Qa (= Q + Q - Qp) . Van de verbruikte w a r m t e i s het

w a r m t e v e r l i e s aan de omgeving niet Kekend. Deze zal toenemen bij toene-mende kooktemperatuur. Aangezien de omgevingstemperatuur schommelt t u s s e n 25 C en 35°C en de v e r d a m p e r gedeelteliik gefsoleerd i s , k a n m e n verwachten dat bij een kooktemperatuur van 40 C de toegevoerde en v e r -bruikte warmte niet veel zullen verschillen. Uit de tabel volgt dat dit het geval i s . Bij toenemende kooktemperatuur neemt het v e r s c h i l t o e . Uit de tabel blijkt voorts, dat e r bij natuurlijke circulatie een vrij grote va-r i a t i e in de civa-rculatie optva-reedt, speciaal bij lage kooktempeva-ratuuva-r. Behalve aan het feit dat het koken m e e s t a l niet volkomen r e g e l m a t i g plaats vindt, moet dit worden toegeschreven aande vacuumregeling, waardoor bij a a n -trekken van het vacuum een s t e r k e r koken plaats vindt.

HOOFDSTUK III

DE INVLOED VAN DE SCHIJNBARE VLOEISTOFHOOGTE OP DE WARM-TEDOORGANGSCOEFFICIENT BIJ NATUURLIJKE CIRCULATIE. 1 , 1 . I n l e i d i n g .

De schijnbare vloeistofhoogte h is het d r u k v e r s c h i l in m waterkolom t u s s e n het begin van de verdamperpijp en de dampafscheider, uitgedrukt a l s p e r -centage van de pijplengte. De bepaling geschiedt i. h. a. met behulp van een buis verbonden met het ondereinde van de verdamperpijp en met de d a m p -afscheider.

Men spreekt van "schijnbare" vloeistofhoogte omdat gedurende het in b e -drijf zijn van de v e r d a m p e r wordt gemeten en de vloeistofhoogte dan niet gelijk i s aan die welke wordt waargenomen bij de buiten werking zijnde v e r -d a m p e r .

Deinvloedvan de schijnbare vloeistofhoogte op de warmtedoorgang i s r e e d s e e r d e r bestudeerd; wij geven a l l e r e e r s t een overzicht van de v o o r n a a m s t e r e s u l t a t e n van v r o e g e r e onderzoekingen. McAdams (1) v e r m e l d t r e s u l t a t e n van m e e r d e r e o n d e r z o e k e r s die alien tot dezelfde conclusie komen, nl. dat de k - w a a r d e bij daling van de schijnbare vloeistofhoogte tot een m a x i m u m toeneemt, waarna de k-waarde 'daalt.

Kirschbaum (2, 3) en Starck (4)kwamentot een soortgelijk r e s u l t a a t wat b e -treft de warmteoverdrachtscoSfficignt aan de v e r d a m p e r z i j d e e(v.

De z e e r snelle daling van de k-waarde na het maximum bij v e r d e r e daling v a n d e schijnbare vloeistofhoogte i s te wijten aan een gedeeltelijk droogval-len van het v e r w a r m e n d oppervlak. De schijnbare vloeistofhoogte, waarbij het maximum in de k-waarde optreedt, ligt volgens het onderzoek van Starck (4) bij ongeveer 25%. Rohsenow (5) verwacht dat dit maximum bij t o e n e m e n d t e m p e r a t u u r v e r s c h i l z a l verschuiven n a a r een hogere schijnbare vloeistofhoogte.

Bij v e r a n d e r i n g van de schijnbare vloeistofhoogte krijgt men een andere circulatiesnelheid. F o u s t e . a . (6) vonden dat de vloeistof-snelheidhet hoogst was bij eenvloeistofstand even boven de verdamperpijp, dus bij een schijnbare vloeistofhoogte van i e t s m e e r dan 100%. Bij ve'rho-ging en bij verlave'rho-ging van de vloeistofstand daalde de circulatiesnelheid. Kirschbaum (2) vond bij verlaging van de schijnbare vloeistofhoogte even-eens een g e r i n g e r e vloeistofcirculatie.

Uit het voorgaande blijkt dat de gegevens o v e r de invloed van de schijnbare vloeistofhoogte s c h a a r s zijn. Aangetoond is dat de k - w a a r d e een maximum vertoont; de ligging van dit maximum is e c h t e r niet nauwkeurig bekend. De k-waarde i s in verband gebracht m e t de vloeistofcirculatie; gefeonstateerd i s dat de circulatiesnelheid daalt bij afnemende schijnbare vloeistofhoogte. Dit verband i s e c h t e r nog onvoldoende onderzocht.

Blijkens de l i t e r a t u u r i s tot nu toe z e e r weinig aandacht geschonken aan de verschijnselen die zich voordoen bij lage kooktemperaturen, een gebied dat ons juist s t e r k i n t e r e s s e e r t in verband met het indampen van voedingsmid-delen.

E e n e n a n d e r w a s v o o r ons aanleiding de invloed van de schijnbare vloeistof-hoogte op de k-waarde in onze studie op te nemen en h i e r o v e r aanvullende metingente v e r r i c h t e n . H e t h i e r o n d e r nog toe te lichten o n d e r z o e k p r o g r a m m a is afgestemd op controle en aanvulling van de in de l i t e r a t u u r b e s c h r e ven onderzoekingen, waarbijdoor ons ook aah de v e r k l a r i n g van de w a a r g e -nomen verschijnselen aandacht i s geschonken. In verband h i e r m e d e zullen wij e e r s t de stroming in een verdamperpijp b e s p r e k e n .

1.2. D e s t r o m i n g i n d e v e r d a m p e r .

Voor een duidelijk inzicht in de warmtedoorgang, i s net van belang de s t r o ming van de vloeistof en het dampvloeistof m e n g s e l in een enkele v e r t i k a -le verdamperpijp na te gaan. De te verdampen vloeistof wordt onder inge-voerd. Wij hebben dan de situatie als geschetst in fig. 2. Wanneer e r kon-tinu vloeistof wordt toegevoerd en deze vloeistof een t e m p e r a t u u r heeft la-ger danhet kookpunt, wordt de vloeistof in het onderste gedeelte van de pijp d o o r d e stoom v e r w a r m d . Indit gedeelte heeft m e n dus te maken m e t w a r m -teovergang van de wand op een stromende vloeistof. Z o d r a de vloeistof aan de wand een t e m p e r a t u u r bereikt die i e t s hoger is dan de kooktemperatuur, die afhankelijk is v a n d e t e r plaatse heersende druk en van de kookpuntsver-hoging, worden aan de wand dampbellen gevormd. De dampbellen laten los en komen t e r e c h t in de vloeistof in het midden van de pijp, w a a r een l a g e r e t e m p e r a t u u r h e e r s t ; de dampbellen zullen derhalve kondenseren (subcooled boiling).

Zodra op een z e k e r e hoogte in de pijp de gehele vloeistof op kooktemperatuur is gekomen zullen de dampbellen blijven bestaan. Bij aanwezigheid van dampbellen in de vloeistof, heeft m e n te m a k e n met een tweefasenstroming en zolang de bellen zich niet verenigen spreekt men van bellenstroming. Bij het v e r d e r n a a r boven s t r o m e n van de vloeistof ontstaan

steeds m e e r dampbellen, deze dampbellen kunnen zich verenigen, zodat e r grote bellen ontstaan die een groot gedeelte van de dwarsdoorsnede van de buis innemen. Men kan dan een p r o p s t r o m i n g w a a r -nemen van grote dampbellen, w a a r t u s s e n zich de vloeistof bevindt. Het spreekt vanzelf dat de wand in dit gedeelte van de pijp nog geheel is bedekt m e t vloeistof. Bij voortschrijdende verdamping ontstaat vervolgens geleidelijk de situatie dat het midden van de buis geheel door damp wordt ingenomen, terwijl de vloeistof zich als een ring t u s s e n de wand en de damp bevindt; m e n spreekt hierbij van een stijgende film en van een r i n g s t r o m i n g . De s n e l s t r o m e n d e damp s l e u r t de vloeistof langs het v e r w a r m e n d ot>-pervlak n a a r boven en voert druppels m e e n a a r de dampafscheider. Wanneer de meegenomen vloeistof voor het grootste d e e l v e r d a m p t kan het v e r w a r m e n d oppervlak tenslotte gedeeltelijk droogvallen. In het u i t e r s t e geval kan het v e r w a r m e n d oppervlak zelfs geheel droogvallen.

fig. 2.

Schematische voorstelling van de s t r o m i n g in een vertikale pijp, waarin koken plaats vindt.

teweeg gebracht door het verhitten van de vloeistof in de stijgpijp. In h o e -v e r r e de hierbo-ven beschre-ven stromingsbeelden zullen -voorkomen i s af-hankelijk van verscheidene factoren; o . a . spelen hierbij een r o l : de lengte en de d i a m e t e r van de pijp, de schijnbare vloeistofhoogte, het toegepaste t e m p e r a t u u r v e r s c h i l e . d . Volgens Verschoor en Stemerding (7) krijgt men een overgang van bellenstroming n a a r p r o p s t r o m i n g b i j e e n volumeverhoud i n g g a s w a t e r vanongeveer 2, e n e e n overgang van propstroming naar r i n g -stroming bij een verhouding van ongeveer 200. Daarbij dient te worden op-gemerkt dat de snelheid van de damp en de' vloeistof in de verdamperpijp niet gelijk zijn. De damp heeft nl. een hogere snelheid dan de vloeistof (8). Het is d a a r o m niet mogelijk om uit de ontstane hoeveelheid damp de c i r c u -latiesnelheid in de v e r d a m p e r te berekenen.

2.. U i t v o e r i n g v a n d e m e t i n g e n , o v e r z i c h t e n r e s u l t a -t e n v a n d e p r o e v e n .

2 . 1 . M e t i n g e n b i j l a d i n g s g e w i j s w e r k e n .

Bij de metingen bij ladingsgewijs werken v e r a n d e r t de schijnbare vloeistof-hoogte kontinu. Het nadeel van deze methode i s dat in verband met de plaat-sing van de dampafscheider het gebied van schijnbare vloeistofhoogten la-ger dan 50% z e e r snel doorlopett wordt.

De metingen, v e r r i c h t t e r bepaling van de invloed van de schijnbare vloeistofhoogte op de kwaarde zijn v e r m e l d in t a b e l 2 . Bij de proeven zijn v e r -schillende pijpen gebruikt. Het m a t e r i a a l van de pijpen was r o e s t v r i j s t a a l type A . I . S.I. 321.

Tabel 2. Overzicht metingen bij ladingsgewijs werken.

Gebruikte v e r d a m p e r p i j p . lengte l , m . , inw. d i a m . 47 m m ; , uitw. diam. 51 m m . idem idem idem lengte 1 m . , inw. d i a m . 50 m m . , uitw. diam. 53 m m . elektrolytisch gepolijste pijp, lengte 1 m, inw. d i a m . 50 m m . ,

uitw. diam. 53 m m . lengte 2 m . , inw. diam. 47 m m . ,

uitw. d i a m . 51 m m . T e m p , niveau °C 4 0 , 4 40,0 6 0 , 2 80,7 9 0 , 1 9 0 , 1 100,1 100,2 100,2 80,0 79,8 6 0 , 0 80,0 8 0 , 0 stoomcond. afvoertemp. °C 7'9, 9 8 9 , 5 109,0 128,0 128,3 129,0 128,6 138,0 138,0 110,0 109,9 90,2 104,7 109,9 t e m p , v e r s c h i l °C 3 9 , 5 4 9 , 5 4 8 , 8 4 7 , 3 38,2 38,9 2 8 , 5 37,8 3 7 , 8 3 0 , 0 3 0 , 1 30,2 24,7 2 9 , 9

De r e s u l t a t e n van al deze metingen vertoonden hetzelfde beeld, zodat vol-staan kan worden met een enkel voorbeeld. De r e s u l t a t e n met de 2 m pijp, b i j e e n temperatuurniveau van 80°C en een t e m p e r a t u u r v e r s c h i l van 29, 9°C

zijn weergegeven infiguur 3. In deze figuur zijn de k w a a r d e , de v e r d a m -ping, de schijnbare vloeistofhoogte en de c i r c u l a t i e uitgezet a l s functie van de tijd.

2 . 2 . M e t i n g e n b i j k o n t i n u w e r k e n .

Bij de metingen bij kontinu werken i s bij elke kook en s t o o m t e m p e r a t u u r combinatie een aantal proeven v e r r i c h t bij verschillende schijnbare v l o e i stofhoogten. Detijdsduur van elke proef was 10 minuten, waarin d r i e w a a r nemingen v e r r i c h t werden. Naast de warmtedoorgangsco§ffici§nt k i s t e -vens de k-waarde uit het stoomkondensaat bepaald.

E r zijn twee s e r i e s metingen v e r r i c h t , nl.

a. metingen met het doel de invloed van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l bij twee kooktemperaturen na te gaan. Deze s e r i e had tevens ten doel de ligging van het maximum in de kwaarde te bepalen. Deze metingen zijn v e r -meld in tabel 3a.

b . metingen t e r bepaling van de invloed van het temperatuurniveau. Bij d e -ze s e r i e zijn pijpen gebruikt van 2- m en 1 m lengte, beide met een in-wendige d i a m e t e r van 47 m m en uitin-wendige d i a m e t e r van 51 m m . Een overzicht van deze metingen is gegeven in tabel 3b.

Tabel 3 . Overzicht proeven uitgevoerd bij kontinu werken m e t de v e r d a m p e r .

pijplengte m 2 2 pijplengte m 2 1 temp, niveau

°C

40 80 temp. v e r s c h i l °C 30 30 t e m p e r a t u u r v e r s c h i l ° C 15 X X 20 25 30 40 X X X X X X 50 X X 70 X temperatuurniveau °G 40 X X 60 80 100 X X X X X X

Bij bovengenoemde proeven is ook de circulatiesnelheid gemeten. De r e s u l -taten van de proeven vermeld in tabel 3 zijn grafisch voorgesteld in de figu-r e n 4 t o t e n m e t 7 . In deze gfigu-rafieken i s ka uitgezet als functie van de schijn-b a r e vloeistofhoogte h. De circulatie in k g / h i s a l s functie van de schijnschijn-ba- schijnba-r e vloeistofhoogte uitgezet in de figuschijnba-ren 8 en 9. Figuuschijnba-r 8 heeft betschijnba-rekking op de 2 m pijp bij een kooktemperatuur van 80°C en met a l s p a r a m e t e r het temperatuurverschil At. Figuur 9 geldt voor de 1 m pijp bij een t e m p e r a -tuurverschil van 30°C en met a l s p a r a m e t e r de kooktemperatuur tk.

Bij g r o t e v e r d a m p i n g s s n e l h e d e n e n e e n hoge kooktemperatuur was het m o e i l i j k o m d e vloeistof o p e e n t e m p e r a t u u r vlak bij het kookpunt aan de v e r d a m -per toe te voeren. Daarom werd de invloed van de t o e v o e r t e m p e r a t u u r op

de kwaarde nagegaan. De resultaten van enkele metingen v e r r i c h t met v e r -schillende t o e v o e r t e m p e r a t u r e n bij een hoge en een lage schijnbare vloei-stofhoogte zijn v e r m e l d in tabel 4.

Tabel 4. Resultaten van de metingen t e r bepaling van de invloed van de t e m -p e r a t u u r van de aan de v e r d a m -p e r toegevoerde vloeistof. h % 98 98 36 36 93 93 34 35 toevoer-t e m p .

oc

25,8 4 0 , 9 21,7 4 1 , 0 2 5 , 2 86,3 2 3 , 9 82,7

°C

4 0 , 0 39,8 39,9 39,8 100,2 100, 3 100,2 100,2 At

°C

29,8 3 0 , 5 29,8 30,3 20,3 2 0 , 0 19,7 20,0 k c a l / h 162 - 1 2 4 9 5 - 3 4 1.502 300 1.760 4 2 0 k c a l / h 6.530 6.304 15.609 16.093 10.792 11.589 12.434 12.916 Qa k c a l / h 6.692 6.292 16.104 16.059 12.294 11.858 14.194 13.336 ka k c a l / m2h ° C 7 2 9 670 1.755 1.7?4 1.971 1.925 2.336 2.165

Uit deze tabel blijkt dat een l a g e r e t o e v o e r t e m p e r a t u u r een hogere k w a a r -de tot gevolg heeft. De y e r k l a r i n g hiervoor i s waarschijnlijk dat door een l a g e r e t o e v o e r t e m p e r a t u u r het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l aan het begin van de verdamperpijp g r o t e r wordt, waardoor qok het gemiddelde t e m p e r a t u u r -v e r s c h i l t u s s e n d e s t o o m en de -vloeistof in de gehele -verdamperpijp -vergroot wordt. Blijkbaar weegt deze factor zwaarder dan de-verslechtering van de ocv-waarde die een gevolg i s van de m i n d e r gunstige stromingstoestand bij

lage t o e v o e r t e m p e r a t u r e n .

3. B e s c h o u w i n g v a n d e r e s u l t a t e n .

Uitfiguur 3 volgt dat de k^waarde bij verlaging van de_ schijnbare yloeistof-hoogte langzaam toeneemt tot een maximum waarna een snelle dalingvar de k-waarde bij een v e r d e r e daling van de schijnbare vloeistofhcogte plaats vindt. Dit r e s u l t a a t , dat eveneens blijkt uit de grafieken 4 tot en met 7 van de kontinue verdamping, i s in overeenstemfcning m e t McAdams {).) en Kirschbaum ( 2 , 3 ) . Men ziet v e r d e r dat e r bij eenzelfde t e m p e r a t u u r v e r -schil bij een l a g e r e kooktemperatuur een s t e r k e r e stijging in de k-waarde optreedt dan bij een hogere kooktemperatuur. In figuur 6 neemt bijv. bij verlaging v a n h v a n 100%tot 30% de k-waarde bij een kooktemperatuur van 40°C toe van 600 tot 1750 k c a l / m2h ° C , terwijl de k - w a a r d e bij tk = 80°C

stijgt van 1600 tot 2100 k c a l / m2h ° C . Deze s t e r k e r e stijging bij een lagere

kooktemperatuur wordt v e r o o r z a a k t doordat daarbij de h y d r o s t a t i s c h e d r u i een belangrijke rol gaat spelen. Bij eenzelfde schijnbare vloeistofhoogte zal daardoor de aanwarmzone, d . i . de zone waarin nog geen koken optreedt, langer zijn n a a r m a t e de kooktemperatuur l a g e r i s .

.2 fc en a. " <0 2 * " S? -> ^ II £1 .C

6

bo c -•-< <u

a

c u 0 o CO II •fid r v i bo .5 « B 2* :5* oo S xi o ™ ^ w •o 5 . • Ii . J o bo ID 55 Q S 6 > <M « 0) • £ ' W » > | ' | |

fig, 4.

De warmtedoorgangscoSfficiSnt ka a l s functie van de schijnbare vloeistofhoogte bij

kontinu werken m e t de v e r d a m p e r . Pijplengte 2 m , tk = 40°C, p a r a m e t e r At.

2600

W 20 30 tB 50 60 70

fig. 5.

De warmtedoorgangscoSfficignt ka a l s functie van de schijnbare vloeistofhoogte h.

fig. 6.

De warmtedoorgangscoefficignt ka a l s functie van de schijnbare vloeistofhoogte h. Pijplengte 2 m , At = 30°C, p a r a m e t e r tk.

fig. 7.

De warmtedoorgangscoefficiSnt ka a l s functie van de s c h i j n b a r e vloeistofhoogte h .

De stijging van de k - w a a r d e bij daling van de schijnbare vloeistofhoogte wordt behalve door de kooktemperatuur ook bei'nvloed door het gebruikte t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . Infiguur 4 stijgt de k-waarde bij een daling van h van 100% tot 60% bij At = 15°C van 420 tot 1160 en bij At = 70°C van 1690 tot 1860 k c a l / m2h ° C . Ook dit i s gemakkelijk v e r k l a a r b a a r . Door de g r o t e r e

warmtestroomdichtheid zal e e r d e r het punt van de hoogste vloeistoftempera-tuur in de verdamperpljp bereikt worden, zodat het kookproces e e r d e r zal beginnen. Dit bei'nvloedt de k-waarde in gunstige zin.

D a a r n a a s t zal door een hogere wandtemperatuur ook vlugger "subcooled boiling ' o p kunnentreden. Door de g r o t e r e verdamping zal v e r d e r de d a m p snelheid toenemen bij toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . Alle factoren r e -sulteren in een vermindering van de stijging van de k-waarde bij dalende schijnbare vloeistofhoogte bij toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . Hetzelfde v e r s c h i j n s e l , hoewel in mindere m a t e , i s te zien bij een kooktemperatuur van 80°C in figuur 5.

In de figuren 6 en 7 ligt het maximum in de k-waarde bij een schijnbare vloeistofhoogte van 25 tot 30%. Uit de beide figuren volgt dat het maximum bij hogere kooktemperaturen iets verschuift n a a r een hogere schijnbare vloeistofhoogte. De ligging van het maximum wordt bij t^ = 40°C s t e r k b e -invloed door het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l zoals in figuur 4 te zien i s . Bij At = 15°C ligt het maximum bij h = 35%, bij At = 30OC bij h = 25% en bij At = 70°C bij h = 60%.

Dit v e r s c h i j n s e l t r e e d t bij tjj = 8Q°C niet op; in figuur 5 i s het maximum bij elke At gelegen bij een h van ongeveer 30%. De vloeistofcirculatie i s bij een kooktemperatuur van 40°C veel g e r i n g e r dan bij t^ = 80°C (fig. 9). Z o -als uit figuur 8 blijkt i s de circulatie niet alleen afhankelijk van h en van de kooktemperatuur, m a a r ook van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . De vloeistofcir-culatie bereikt de hoogste waarde bij een t e m p e r a t u u r v e r s c h i l van ongeveer 40°C. Op grond hiervan i s de verschuiving van het maximum nu als volgt te v e r k l a r e n . Bij een klein t e m p e r a t u u r v e r s c h i l i s de vloeistofcirculatie g e -ring; het i s dan mogelijk, dat e r door de damp niet genoeg vloeistof m e e n a a r boven wordt genomen, om bij een lage schijnbare vloeistofhoogte het gehele v e r w a r m e n d oppervlak te bevochtigen. Bij een stijging van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l zal dus door een v e r b e t e r i n g van de c i r c u l a t i e het m a x i mum n a a r een l a g e r e schijnbare vloeistofhoogte verschuiven. Bij een v e r d e r e stijging van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l neemt de verdamping toe, w a a r -door het droogvallen van het verwarmend oppervlak e e r d e r op kan t r e d e n . Menziet dan ook in figuur 4 dat het maximum bij v e r d e r e verhoging van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l naar een hogere schijnbare vloeistofhoogte verschuift. Dit kan zelfs boven 7 5% komen te liggen, zoals besproken zal worden in hoofdstuk IV. Een gedeeltelijk droogvallen van het verwarmend oppervlak behoeft niet te betekenen dat e r geen vloeistof meegenomen wordt n a a r de dampafscheider. Zelfs na het bereiken van het maximum, dus bij een s t e r -ke daling van de k - w a a r d e , i s geconstateerd dat e r nog s t e e d s i e t s vloeistof meegenomen wordt door de d a m p s t r o o m . Het verschuiven van het maximum bij toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l n a a r een hogere schijnbare vloeistof-hoogte i s in o v e r e e n s t e m m i n g m e t hetgeen door Rohsenow (5) verwacht w e r d . De belangrijkste oorzaak van het verschuiven van het maximum in de k-waarde i s niet de verdamping, m a a r de c i r c u l a t i e .

Bij tjj = 80°C i s namelijk geen verschuiving van het maximum geconstateerd. De c i r c u l a t i e i s bij deze hogere kooktemperatuur dan ook aanzienlijk g r o -t e r dan de c i r c u l a -t i e bij 40°C, zie figuur 9.

fig. 8.

De vloeistofcirculatie in de verdamperalsfunctievan de schijnbare vloeistofhoogte h. Pijplengte 2 m, tk = 80°C, parameter At.

fig. 9.

De vloeistofcirculatie in de verdamperalsfunctievan de schijnbare vloeistofhoogte h. Pijplengte 1 m. At = 30<>C, parameter tk.

Een vergelijking t u s s e n de figuren 6 en 7 l e e r t tenslotte dat de pijplengte geen grote invloed heeft. Het w a r m t e v e r l i e s van de dampafscheider en de omloopleiding van de v e r d a m p e r heeft bij de 1 m pijp een g r o t e r e invloed op de v e r b r u i k t e w a r m t e . Bij tk = 40°C en 60°C krijgt m e n bij een 1 m pijp een iets hogere k - w a a r d e , hetgeen terug te v o e r e n i s op de invloed van de hydrostatische druk. Het verschil bij t^ = 100°C zal zijn oorzaak vinden in het w a r m t e v e r l i e s .

Wij menen h i e r m e d e alle waargenomen verschijnselen op bevredigende wijze te hebben v e r k l a a r d . D a t e r alleen m a a r sprake kan zijn van een kwa-litatieve en niet van een kwantitatieve i n t e r p r e t a t i e , i s g e z i e n h e t grote aan-t a l facaan-toren daaan-t samenspeelaan-t, wel duidelijk .

HOOFDSTUK IV

DE INVLOED VAN HET TEMPERATUURVERSCHIL EN HET TEMPERA-TUURNIVEAU OP DE WARMTEDOORGANGSCOEFFICIENT k.

1. I n l e i d i n g .

De kwaarde wordt in dit onderzoek betrokken op het v e r s c h i l in t e m p e r a -t u u r v a n d e s-toom in de s-toomruim-te en de damp in de dampafscheider. De-ze laatste is het temperatuurniveau of de kooktemperatuur. Hierbij moet opgemerkt worden dat deze kooktemperatuur niet gelijk behoeft te zijn aan de gemiddelde t e m p e r a t u u r van de vloeistof in de v e r d a m p e r p i j p .

Voor de gemiddelde warmtedoorgangscoefficifint geldt in het geval van een pijp de volgende-vergelijking :

1 1 _ . L _ , _ ! J I _ . 1

k F " «yFi TLA l n d. o (sFu

Hierin stellen voor :

F . , F het inwendige, r e s p . uitwendige oppervlak ( m ^ ; 2

F het log. gemiddelde oppervlak ( m ) ;

di ' du d e in w e n di ge» r e s p . uitwendige d i a m e t e r van de pijp (m);

L de lengte van de pijp (m); K

e n A

v de warmteoverdrachtscoefficifint aan de v e r d a m p e r z i j d e ( k c a y m2h ° C ) ; s de warmteoverdrachtscoefficient aan de stoomzijde ( k c a l / m2h °C);

• A d e w a r m teg e l e i d i n gSc o e f f i c i e n t v a n h e t w a n d m a t e r i a a l ( k c a l / m h ° C ) .

S w I e S n d ^ v a nS^ , ft a a l,a l S c°n s t™ c t i e m a t e r i a a l zijn de drie w a r m

-:i

P

r

r

!7d

r

Jd

arn

aa^

0bC

-

W

T

d e

e

t u S

»

T0

°° « » °°° ^^°T»l

6M0 kcal/rnSh orr ^ b l 1 ge b r l"k van een 2 m m dikke r o e s t v r i j s t a l e n wand

stant is en * v ^ f a? *e*i e n d e w a r m t e w e e r s t a n d van het m a t e r i a a l

kon-f,™ ^ . v v e e l s t e rk e r v a r i e e r t dan <x , is vooral « a a n s o r a k e l i i k

de0k-waa?de°nekomia tde S * d e * " — d e n d i e3* } v e r d a m p e n ^ o o r k S n t

« h T e w e r e v e n ^ P n ^ -V era n,d e/l n g e n i n d e warmteoverdrachtscoefficient

Gezienhet feitdat wijzigingen in o( door v a n a t i e s in bedrijfsomstandighe-den zo s t e r k en duidelijk invloed nebben op de k-waarde en in aanmerking genomen dat zowel bij de berekening a l s de toepassing van v e r d a m p e r s kennis v a n d e k w a a r d e n p r i m a i r i s , terwijl deze waarden bovendien a a n m e r k e lijk eenvoudiger en nauwkeuriger bepaald kunnen worden dan w a r m t e o v e r -drachtscoSfficiSnten at, , hebben wij ons onderzoek in e e r s t e instantie op de k-waarden gericht.

In verband h i e r m e d e zullen wij e e r s t samenvatten wat in de l i t e r a t u u r over deze k - w a a r d e n bekend i s .

C l a a s s e n ( l l ) was 66n d e r e e r s t e n , die bij een v e r d a m p e r met m e s s i n g pij-pen constateerde dat de k-waarde toenam met toenemend temperatuurniveau (kooktemperatuur) en met toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . De door hem onderzochte kooktemperaturen l a g e n t u s s e n 60° en 100°C,het t e m p e r a t u u r v e r -schil v a r i e e r d e van ongeveer 6 tot 52°C.

Akin en McAdams (12) toonden bij een v e r d a m p e r met natuurlijke convectie enhorizontale pijpenvervolgens aan dat de kwaarde met toenemend t e m p e -r a t u u -r v e -r s c h i l tot een maximum stijgt, waa-rna een daling opt-reedt. Als de k-waarde e e n maximum bereikt, behoeft de warmtestroomdichtheid q (= k At) e c h t e r nog niet maximaal te zijn(13). Lee e . a . (14) kwamen voor water en enkele organische vloeistoffen tot hetzelfde resultaat als C l a a s s e n . Deze o n d e r z o e k e r s concludeerden uit nun proefuitkomsten v e r d e r dat de k-waarden van de gebruikte pijpen met een lengte van 3, 05 en 1, 52 m niet veel verschilden. Voorde laagste kooktemperatuur volgt uit de door hen g e -geven grafieken dat de k-waarden van de kortste pijp iets hoger zijn. Voor buizen m e t een inwendige d i a m e t e r van 15 en 30 m m vbnd Kirschbaum (2) een hogere k-waarde voor de grootste d i a m e t e r .

Foust, Baker en Badger (6) voriden dat in het door hen onderzochte gebied van At van 8, 3 tot 25"C de circulatie in de v e r d a m p e r toenam met stijgend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . Bij de gebruikte kooktemperaturen van 60 C tot 98°C steeg de c i r c u l a t i e eveneens met toenemende' kooktemperatuur. Voor de k-waarde gaven zij de r e l a t i e :kt-o v ^» ^ , waarin v de circulatiesnelheid is in f t / s e c .

Door de genoemde o n d e r z o e k e r s werd het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l gedefinieerd a l s h e t v e r s c h i l t u s s e n de stoomtemperatuur en de eemiddelde vloeistoftem-p e r a t u u r . De k - w a a r d e was evenredig met At°> i .

Johnson (15) nam eveneens waar dat de vloeistofcirculatie met toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l stijgt, doch hi] constateerde tevens dat e r in de c i r c u -latie een maximum optreedt, waarna een daling plaats vindt. Door deze ond e r z o e k e r is getracht onde circulatie te berekenenononder aanname ondat onde w a r m -teoverdrachtscoefftcient' evenredig was m e t v P ' 8 waarbij v de

tweefasen-s t r o o m tweefasen-s n e l h e i d i tweefasen-s . De berekende retweefasen-sultaten tweefasen-stemden bij een grote dampvor-ming goed o v e r e e n met de experimentele resultaten, bij een geringe damp-vorming t r a d e c h t e r een aanzienlijke afwijking op.

Brooks en Badger (16) verdeelden de buis in een vlbeistofzone en kookzone. De overgang t u s s e n de zones was het punt met de maximale vloeistoftempe-r a t u u vloeistoftempe-r . Deze o n d e vloeistoftempe-r z o e k e vloeistoftempe-r s vonden dat de k-waavloeistoftempe-rde evenvloeistoftempe-redig was met de hoe-veelheid geproduceerde damp tot d e m a c h t - 0 , 27. Geen duidelijk effect werd gevonden van de lengte van de kookzone en het temperatuurniveau. Cessna (17) e . a . v e r m e l d e n r e s u l t a t e n volgens welke de k-waarde van de kookzone afneemt met toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l . Volgens Bumford (18) leidt de indeling in een kook- en aanwarmzone tot i r r e g l e waarden van si in de kookzone.

Vooreen stijgende filmverdamper vonden Coulson en Mehta (19) bii toepas-^ 4 toepas-^ 3 SnnS^ c "r V e r S C h m e n V a U 8'3 t 0 t 3 4'4 e n kooktemperaturen

k

„ A t ° '

3

k t

° '

6 4

k ^ tk

Zijgebruikteneenverdamper met een roestvrij stalen piip. Bii de stiigende zodnaVn%dH^PerWOr,ft+de v lri s t° « o e v o e r geregeld. Deze regeling gescMedt

optreedt ^ g r° °t S t e d e e l v a n d e verdamperpijp een ringstroming

SnuWi J ^ HgMn d e b Uik t u^ S l e c h t s w e^ i g gegevens over k-waarden zijn

£ K Meeraandachtis geschonken aan de * . Aangezien de eeee -S S S L H ^ ^ Z i JV °0 r h e t i n z i c h t i n d e ^vloedgvan de belrlg

ffs-S r n u u ™ ! , ? meer m-het Wjzonder van het temperatuurverschil en

^r^^7n^t^it:t

n

^r

wij hieronder een overzicht van

taSde8^™^™^6nS^tie « &r e e d t e n d e kondensaatfilm laminair stroomt

danbLTke?dvnWd^C^S C O e.f f i c i e n t a a n d e stoomzijde 4 s in principe

wor-echter da^hurifn" d e t h! Te V M N u s s e l t- Hebbard en Bkdger (20) vonden

metNusS I t W ^ r ?e n t en waarden 33, 5% hoger waren <tan die berekend

I roek verrich? ^ Jl T D o o r B t r a i l e r <21- 22< 23) ^ een uitvoerig onder

-> S S l t a t o t a X ^ e n d e warmteoverdrachf van een

b^iZnTdeif^lil311 2 4 \S 1e f i l m g l a d- BiJ verhoging van het Be-getal

v e f e T n r e L t m ^ ^ ^ °P t e-t r e d e n- T o t R e = c a- 1000 bezitten deze

gol-satie ODtreden HiV ^aaLTi i K a n e r i- P -V- filmkondensatie,

druppelkonden-e f f l c i l 5 S w j n t a ^ f f iB^grm m C t etn h°g e r e

warmteoverdrachtsco-keningvan ^ 1 . ^ % S ^ f ^ B h i e r o w"1Ja •«*«»». e e n b —

2 ^ ^ ^ ™ ? ^ ^ ^ ° ° " ^

W

^

d kUnnen wi

>

kort z i

W

deze h a

^

cient X van koperls vee " ' ' m a t e r i a a l- De

warmtegeleidingscoeffi-formule q = T /d l AV v o i ^gf . H .a n d e 1 v a n r o estvrij staal. Zoals uit de

kelijk van de dikte van de wand d W a r m t e s t r o o m d i< * t h e i d eveneens

afhan-3 H £ £ E S ^ ^ A 51' ^r i£ I r ,t o e t 0Hr- ^

-rmteoverdrachtscoe-ffi-naar voren is retomeT kL^X'-f •P e!d s W i d e besPreking van figuur 2

Plaats tot plaat! ze^r s t e r S ^"t~»in8'»toeBtand in de verdamperpijp van

o v e r d r a c h f s c o e S ' n « z a T d a a r o ^ ^ ? v ^ D e Pl a a t s e"Jke

warmte-derzoekers ziin echter s*evcht<, o^™ ° £ f je r k v a r i 6 r e n- Door de meeste

Algemeen is gevonden dat de warmteoverdrachtscofifficignt <* stijgt met t o e n e m e n d t e m p e r a t u u r v e r s c h i l e n met toenemend temperatuurniveau (3, 24 en 25). De stijging van o< met toenemend t e m p e r a t u u r v e r s c h i l gaat tot een maximum, w a a r n a <* das&t. De warmtestroomdichtheid q vertoont hetzelfde v e r l o o p a l s hetzelfde o< . Akin en McAdams (12) vonhetzelfden bij gebruik van e e n v e r -d a m p e r m e t een h o n z o n t a l e verwarmingspijp, -dat -de maximale q voor water bij een kooktemperatuur van 100°C bereikt werd bij een At van ongeveer 2 7 ° C . F r i t z (26) geeft in een overzicht van onderzoekingen over het kook-p r o c e s v o o r v e r d a m kook-p e r s met natuurlijke circulatie bij een kooktemkook-peratuur ' v a n 100°C de vergelijking:

< *v= 3 , 2 5 q0-7 0

DoorStarck(4) en Kirschbaum (2, 3, 9, 10) is het verloop van de wandtem-p e r a t u u r en van de vloeistoftemwandtem-peratuur over de buislengte gemeten. Dit verloop wordt gekenmerkt door drie zones, nl. :

1. opwarmen van de vloeistof die in de verdamperpijp stroomt;

2. vorming van dampbellen op het oppervlak van de buis. In deze zone b e -reikt de wandtemperatuur zijn laagste waarde, terwijl de vloeistoftempe-r a t u u vloeistoftempe-r zijn maximum bevloeistoftempe-reikt. Op deze plaats i s het t e m p e vloeistoftempe-r a t u u vloeistoftempe-r v e vloeistoftempe-r s c h i l het kleinst en de plaatselijke warmteoverdrachtscoefficiSnt het hoogst. 3. bedekken van de wand door damp. In de zone stijgt de t e m p e r a t u u r van

de wand.

^e lagging van de d r i e zones is afhankelijk van het t e m p e r a t u u r v e r s c h i l , het

temperatuurniveau, de schijnbare vloeistofhoogte en de aard van het in te dampen produkt.

Door Kirschbaum (9) i s v e r d e r vastgesteld dat bij ee"n naar boven stromende vloeistof in een v e r t i k a l e , door stoom verwarmde pijp, de vergelijking Nu= C. Re nP rm ( l / d )rv o o r s t r o m i n g s s n e l h e d e n b e n e d e n O , 1 m / s te lage w a a r

-den voor erf v geeft: Dit wordt veroorzaakt door het optreden van natuurlijke

konvektiestromingen in de vloeistof.

In de opwarmzone kunnen dampbellen op de wand ontstaan, die kondenseren in de vloeistof. G u e r r i e r i en Talty (27) vonden dat ongeveer 10% van de v e r -damping plaats vond v66r het punt van de maximale vloeistoftemperatuur. Zij verklaarden dit door aan te nemen dat de bellen aan de wand s n e l l e r g e -v o r m d w e r d e n d a n k o n d e n s e e r d e n i n d e kern -van koudere -vloeistof. Daardoor wordt een gedeelte van de dwarsdoorsnede van de buis in deze zone door damp ingenomen, zodat de snelheid van de vloeistof hoger is dan de snelheid g e -b a s e e r d op de gehele dwarsdoorsnede. Boven het punt van de maximale vloeistoftemperatuur wordt de toegevoerde warmte gebruikt voor v e r d a m -ping. Tevens wordt door ontspanningsverdamping een gedeelte van de in de opwarmzone opgenomen w a r m t e gebruikt voor verdamping. Een deel van d e -ze warmte komt pas na het p a s s e r e n van het buiseinde v r i j , daar de vloei-stof m e e s t a l iets oververhit in de dampafscheider komt. Door de dampvor-ming t r e e d t e r een snelheidsverhoging op. Afhankelijk van de hoeveelheid gevormde d a m p e n de volumeverhouding dampvloeistof t r e d e n d e t w e e f a s e n -stromingstoestanden op, die in het vorige hoofdstuk zijn behandeld.

P i r e t en Isbin (28) kwamen voor metingen bij atmosferische druk tot een c o r r e l a t i e , waarin de warmteoverdrachtscofifficient c <ve v e n r e d i g is met

de tweefasenstroomsnelheid tot de machx 0 , 8 . Kirschbaum (3) gaf de volgen-de dimensieloze vergelijking :