Температурный градиент воды океана. Электростанция / OTEC

[Xey]

miranda55 в сообщении #923116 писал(а):

Это значение как-то связано с коэффициентом теплопроводности насыщенного пара?

Посмотрел справочник Кухлинга.
Коэффициенты теплотередачи
воздух /гладкая поверхность $5.6+4 v$ W/(m^2K) (в основном видимо конвекция),
для конденсирующегося водяного пара коэффициент $10500$. Зависит ли он от давления, видимо это значение для давления пара близкого к атмосферному?
кипящая вода/металлическая стенка $3500 ... 5800$
текущая вода /металлическая стенка $350+ 2100 \sqrt{v}$

$v$ - скорость в метрах в секунду

[miranda55]

Цитата:

для конденсирующегося водяного пара коэффициент $10500$. Зависит ли он от давления, видимо это значение для давления пара близкого к атмосферному?

В книге Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов/Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. -- 10-е изд., перераб. и доп. -- Л.: Химия, 1987. -- 576 с., ил. ( http://www.fptl.ru/biblioteka/paht/pavlov.djv ) на стр. 171 есть таблица, где сказано, что коэффициент теплоотдачи 9300--15000, но при давлении пара 0,4 МПа:
http://img-fotki.yandex.ru/get/2914/283 ... f_orig.png

(Оффтоп)

В установке конденсатор конструкции "труба в трубе" имеет длину $L_{pipe} = 2 m;
димаетр труб $D_{pipe} = 0,054 m;
толщина стенки трубы $\delta_{pipe} = 0,0015 m;
плотность насыщенного пара при температуре 25 °C (табл. LVI стр. 548) $\rho_{steam} = 0.02304 \frac{kg}{m^3};
удельная теплота парообразования (конденсации насыщенного пара) при температуре 25 °C (табл. LVI стр. 548)$r_{steam} = 2436.9 \cdot 10^3 J/kg;
объем пара в конденсаторе $V_{steam} = L_{pipe} \cdot \pi \cdot \frac{D_{pipe} - 2\delta_{pipe}}{2}; V_{steam} = 0.16 m^3;
масса пара в конденсаторе $M_{steam} =\rho_{steam}\cdot V_{steam}; M_{steam} = 3.691\cdot 10^{-3} kg.
Теплота, кот. необходимо отнять у этого пара, чтобы сконденсировать $Q_{steam.conden}=r_{steam}\cdot M_{steam}; Q_{steam.conden} = 8.996 \cdot 10^3 J.
Если считать, что эта масса пара должна сконденсироваться за 1 сек, то
$Q_{steam.conden} = 8.996 \cdot 10^3 watt;

....

[Xey]

Откуда во входной трубе , на отметке 10,000 возьмется 9 киловатт тепловой мощности на испарение 4 грамм воды за каждую секунду?
Причем пар, как и входящая вода, должен иметь 25 градусов.

[miranda55]

Xey в сообщении #923495 писал(а):

Откуда во входной трубе , на отметке 10,000 возьмется 9 киловатт тепловой мощности на испарение 4 грамм воды за каждую секунду?
Причем пар, как и входящая вода, должен иметь 25 градусов.

Действительно, максимальное тепло этой же массы воды (3,7 граммов):
$Q_{water.heat}=\lambda_{water}\cdot M_{water}\cdot (T_{water2} - T_{water1});
$Q_{water.heat}=4.19\cdot10^3\frac{J}{kg\cdot K} \cdot 3.691\cdot 10^{-3} kg \cdot (25°C - 0°C) = 386,684 J < 8.996 \cdot 10^3 J
Следовательно установка работать не будет. А жаль...

Хорошо, а что если залить в трубу воду с температурой 0°C. Вода опустится до отметки 10,000 м, а в пустом пространстве будет абсолютный вакуум?

[GraNiNi]

miranda55 в сообщении #923482 писал(а):

Если считать, что эта масса пара должна сконденсироваться за 1 сек,

Вот этого-то считать и не нужно.
Сконденсироваться может только то, что может испариться.

Чтобы, хотя бы приблизительно, оценить скорость испарения воды, можно воспользоваться следующими данными.
Скорость естественного испарения воды при 25°С, в воздух с относительной влажностью 50%, составляет - около 100 грамм с метра кв. поверхности испарения в час.

[miranda55]

Цитата:

Скорость естественного испарения воды при 25°С, в воздух с относительной влажностью 50%, составляет - около 100 грамм с метра кв. поверхности испарения в час.

Это если сверху подпирает атмосфера. А если атмосферы нет? Спиной чувствую, что должно испаряться быстрее. Но если температура воды дойдет до нуля, то за счет чего будет происходить испарение?

[GraNiNi]

miranda55 в сообщении #923578 писал(а):

А если атмосферы нет? Спиной чувствую, что должно испаряться быстрее.

Скорость испарения определяется разностью давлений насыщенного пара над жидкостью, при данной температуре, и ее фактическим значением в газовой (паровой) фазе на текущий момент времени.
Поэтому, после мгновенного создания вакуума над жидкостью, скорость испарения будет максимальной только в первые секунды, а затем, по мере испарения и создания давления - будет падать.

Если скорость испарения мала, то температура жидкости может почти не понизиться - все будет определяться соотношением скорости испарения и теплопроводностью воды (теплоподводом).

Таким образом, может быть достигнуто динамическое равновесие, когда скорость испарения сравняется со скоростью конденсации.
Однако фактические величины такого массопереноса будут весьма малы, чтобы говорить о практическом использовании этого способа.

[Xey]

miranda55 в сообщении #923567 писал(а):

Следовательно установка работать не будет. А жаль...

Хорошо, а что если залить в трубу воду с температурой 0°C. Вода опустится до отметки 10,000 м, а в пустом пространстве будет абсолютный вакуум?

В принципе будет , но очень малопроизводительно. Установка закрытого типа в этом отношении лучше, и она работает в часах.

Вакуум будет при нуле Кельвина.



Сообразил, что тепло на отметку 10,000 можно подать тепловой трубкой с поверхности моря.
Ну никак не обойтись без фреона.

[miranda55]

Xey в сообщении #923650 писал(а):

В принципе будет , но очень малопроизводительно. ...

Я думала, что входящая труба будет пополняться водой автоматически, но из расчетов видно, что остывает вода значительно быстрее (чтобы сконденсировать 4 г воды нужно в 23 раза больше воды охладить на 25 град.).

Цитата:

Установка закрытого типа в этом отношении лучше, и она работает в часах. ...

Где можно подробнее почитать об этом принципе подзавода часов?

-- 28.10.2014, 10:52 --

GraNiNi в сообщении #923632 писал(а):

Если скорость испарения мала, то температура жидкости может почти не понизиться - все будет определяться соотношением скорости испарения и теплопроводностью воды (теплоподводом).

То есть, имеет место некий предел скорости испарения: при скорости, меньшей предела, теплота парообразования не отбирается у воды и не влияет на ее охлаждение. Я правильно понимаю?

Цитата:

Таким образом, может быть достигнуто динамическое равновесие, когда скорость испарения сравняется со скоростью конденсации.

А разве скорость испарения не равна скорости конденсации при насыщенном паре? Я планировала, что просто конденсат будет стекать не туда же, а в другую емкость.

[GraNiNi]

miranda55 в сообщении #923728 писал(а):

То есть, имеет место некий предел скорости испарения: при скорости, меньшей предела, теплота парообразования не отбирается у воды и не влияет на ее охлаждение. Я правильно понимаю?

Не так.
При испарении тепло всегда отбирается, но если теплоприток из вне, через воду, будет успевать компенсировать потерю тепла, то понижение температуры не будет очень сильным. (Например, вода в стакане испаряется, но ее температура не намного ниже температуры окружающего воздуха.)

miranda55 в сообщении #923728 писал(а):

А разве скорость испарения не равна скорости конденсации при насыщенном паре? Я планировала, что просто конденсат будет стекать не туда же, а в другую емкость.

Чтобы происходила конденсация не обязательно иметь насыщенный пар. Главное, чтобы температура поверхности, на которой происходит конденсация, была ниже точки росы, при данной относительной влажности.

Именно так - конденсация в другой емкости.

[miranda55]

Цитата:

Чтобы происходила конденсация не обязательно иметь насыщенный пар. Главное, чтобы температура поверхности, на которой происходит конденсация, была ниже точки росы, при данной относительной влажности.

В установке образуется только насыщенный пар (растворенный в воде воздух не учитывается). Влажность насыщенного пара 100%. Точка росы - это его температура. Чтобы пар внутри конденсатора сконденсировался за время t, нужно отнять у него тепловой мощности:
$Q_{steam.conden} = \frac{8.996 \cdot 10^3 J}{t};
Если холодная вода нагревается на 2 градуса, то расход холодной воды можно получить из формулы тепловой мощности, отбираемой холодной водой:
$Q_{cold.water.heat} = \lambda_{water}\cdot G_{cold.water} \cdot 2 K;
$G_{cold.water}=\frac{Q_{cold.water.heat}}{\lambda_{water}\cdot 2 K};$G_{cold.water}=\frac{\frac{8.996 \cdot 10^3 J}{t} }{4.19\cdot10^3\frac{J}{kg\cdot K}\cdot 2 K}=\frac{1,073 kg}{t}.
Если t=1sec, то расход холодной воды соотв. ~1 kg/sec.
Единственное слабое место -- воду во входной трубе нужно подогревать, так как при любом t (при отсутствии теплообмена с атмосферой) вода замерзает быстрее, чем испаряется. Может если на каждую часть испарившейся воды 23 части просто сливать с отметки 10,000 в море посредством врезанного на этой отметке насоса, то притока теплой 25-градусной воды будет достаточно?

[GraNiNi]

miranda55 в сообщении #923782 писал(а):

В установке образуется только насыщенный пар (растворенный в воде воздух не учитывается). Влажность насыщенного пара 100%.

Насыщенность пара - это состояние, когда его давление равно предельному давлению, при данной температуре, например для воды, при 25 С , это - 23,77 мм рт. ст.
Даже при полном отсутствии воздуха, пар в сосуде с водой может быть ненасыщенным, его давление - меньше предельного, а его относительная влажность - меньше 100%.
Практически это всегда так и бывает, а 100% влажность достигается только при длительной выдержке замкнутого объема с водой до состояния равновесия.
В динамической системе, когда в одном месте происходит испарение, а в другом - конденсация, всегда имеется градиент давления пара по длине, а насыщенность имеется только вблизи поверхности воды как при испарении так и при конденсации.

[miranda55]

GraNiNi в сообщении #923955 писал(а):

miranda55 в сообщении #923782 писал(а):

В установке образуется только насыщенный пар (растворенный в воде воздух не учитывается). Влажность насыщенного пара 100%.

Насыщенность пара - это состояние, когда его давление равно предельному давлению, при данной температуре, например для воды, при 25 С , это - 23,77 мм рт. ст.
Даже при полном отсутствии воздуха, пар в сосуде с водой может быть ненасыщенным...

Ok. Сначала. Имеем вертикально расположенную нижним концом окунутую в море трубу длиной 12 м. Нижний конец трубы закрывают и заполняют трубу водой через верхний. Верхний конец закрывают, нижний открывают. Вода опустится до отметки 10,33 м или ниже? Если да, то каковы параметры пара в образовавшемся пространстве?

[GraNiNi]

miranda55 в сообщении #924004 писал(а):

Вода опустится до отметки 10,33 м или ниже? Если да, то каковы параметры пара в образовавшемся пространстве?

Если считать точно, то нужно учесть плотность морской воды.
Тогда вода опустится немного ниже - примерно до 10 м.
После начнется испарение воды, сопровождаемое ростом давления в свободном пространстве и опусканием столба воды. Через какое-то время установится равновесное давление паров - около 23 мм рт.ст (с поправкой на соли, в соответствии с законом Рауля), а столб воды опустится примерно на 0,3 м, то есть до 9,7 м.
Будет еще небольшое понижение температуры воды, но так как охладившаяся вода, с поверхности, будет опускаться, а на ее место подниматься более теплая вода снизу, то это конвективное перемешивание будет выравнивать температуру по высоте столба.

[miranda55]

Нашла еще наработки индусов, которые предлагают использовать двигатель Стирлинга типа А:
http://www.iaeng.org/publication/WCE201 ... 4-1958.pdf
Индикаторный кпд каким-то чудом у них составил 61,5%.