Конденсация на трубах и пучках труб

На вертикальных трубах картина аналогична случаю вертикальной стенки.

На горизонтальной трубе теплоотдача конденсации выше, чем на вертикальной (из-за меньшей в среднем толщины пленки). При движущемся паре теплоотдача растёт, особенно при сдуве плёнки.

В случае пучков труб (в частности, в конденсаторах) имеют место особенности:

1) Скорости пара по мере прохождения по пучку уменьшаются вследствие его конденсации.

2) В горизонтальных пучках конденсат стекает с трубы на трубу, с одной стороны, увеличивая толщину плёнки на нижних трубах, что уменьшает теплоотдачу, с другой стороны, падение капель конденсата возмущает плёнку на нижних трубах, увеличивая теплоотдачу.

Интенсификация теплообмена в конденсаторах

Основной путь интенсификации – уменьшать толщину плёнки, удаляя её с поверхности теплообмена. С этой целью на вертикальных трубах устанавливают конденсатоотводные колпачки (рис. …) или закрученные рёбра. Например, колпачки, установленные с шагом 10 см, увеличивают теплообмен в 2÷3 раза. На горизонтальных трубах ставят невысокие рёбра, по которым конденсат быстро стекает. Эффективна подача пара тонкими струйками, разрушающими плёнку (теплообмен увеличивается в 3÷10 раз).

Влияние примеси газов на конденсацию

При содержании в паре даже небольшой примеси неконденсирующихся газов теплоотдача резко уменьшается, так как газ остаётся у стенки после конденсации пара и, накапливаясь, препятствует продвижению пара к стенке. Так, при содержании в паре 1% воздуха теплоотдача снижается в 2,5 раза, 2% – более чем в 3 раза.

При движении пара это влияние много меньше, но всё равно в промышленных установках воздух приходится откачивать из конденсаторов (иначе он занимает объём аппарата). И стараются вообще исключить его присутствие в паре.

Расчёт конденсации

Так как конденсация – процесс, обратный к кипению, то основная расчётная формула по существу та же, что при кипении:

,

где – количество образующегося конденсата (конденсирующегося пара), кг/с;

– отводимый от стенки тепловой поток, Вт;

– теплота фазового перехода, Дж/кг.

Эта формула не учитывает теплоту охлаждения пара до температуры насыщения и последующего охлаждения конденсата. Их нетрудно учесть при известных температурах пара на входе и конденсата на выходе. Но, в отличие от случая кипения, здесь сложно оценить даже приближенно величину из-за небольшого температурного напора теплопередачи (от пара к теплоносителю, охлаждающему стенку). Формулы для различных случаев конденсации имеются в учебниках и справочниках.

Контрольные вопросы

1. Дайте сопоставление плёночной и капельной конденсации. При каких условиях будет тот или иной режим?

2. Приведите примеры применения конденсации в технике.

3. Назовите режимы течения плёнки конденсата по вертикальной стенке.

4. При горизонтальном или вертикальном расположении трубы интенсивнее конденсация?

5. Укажите способы интенсификации конденсации пара.

6. Как влияет примесь газа на конденсацию пара?

7. Как определить количество образующегося на стенке конденсата, если от неё отводится заданное количество теплоты?