7. Теплообмен при конденсации.

На теплообмен при изменении агрегатного состояния влияют физико-химические особенности среды и поверхности:

1. состояние поверхности – чистая, загрязненная, шероховатая;

2. капиллярность и поверхностное натяжение;

3. адсорбция – поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента);

4. абсорбция – объемное поглощение газов или паров жидкостью (абсорбентом, с образованием раствора);

5. десорбция – удаление из твердых тел и жидкостей веществ, поглощенных при адсорбции и абсорбции.

Конденсацией называется переход вещества из парообразного состояния в жидкое состояние.

Капельная конденсация имеет место при слабой интенсивности конденсации, когда конденсат не смачивает поверхность или металлическая поверхность загрязнена до стойко адсорбированной.

Пленочная конденсация имеет место при соприкосновении водяного пара с чистой металлической поверхностью.

8. Теплопередача через плоские и цилиндрические системы.

Теплопередачей называется теплообмен между двумя жидкостями-теплоносителями, разделенными стенкой.

Горячая жидкость имеет температуру T_f1 и коэффициент теплоотдачи α₁, а холодная жидкость – температуру T_f2 и коэффициент теплоотдачи α₂.

Толщина каждого слоя плоской стенки – δ₁ и δ₂, а диаметры двухслойной цилиндрической стенки – d₁, d₂ b d₃. Коэффициенты теплопроводности материалов соответственно равны – λ₁ и λ₂. Температуры на границе каждого слоя обозначены – T_w1, T_w2, T_w3.

Высота и глубина многослойной плоской стенки, а также длина L цилиндрической стенки намного больше их общей толщины. Тепловой контакт между слоями в стационарном режиме можно считать идеальным.

Теплопередача от горячей жидкости к холодной через многослойную плоскую систему (например, для двух слоев) имеет вид:

Q = α₁ · F · (T_f1 – T_w1) = F · (T_f1 – T_w1) / R_α1

Q = (λ₁ / δ₁) · F · (T_w1 – T_w2) = F · (T_w1 – T_w2) / R₁

Q = (λ₂ / δ₂) · F · (T_w2 – T_w3) = F · (T_w2 – T_w3) / R₂

Q = α₂ · F · (T_w3 – T_f2) = F · (T_w3 – T_f2) / R_α2

Следовательно, имеются четыре уравнения, включающие четыре неизвестные (Q; T_w1; T_w2; T_w3). Из решения системы уравнений получим общий тепловой поток Q проходящий через плоскую систему:

Q = F · (T_f1 – T_f2) / (R_α1 + R₁ + R₂ + R_α2), Вт.

Когда количество плоских слоев равно n, тепловой поток Q равен:

Q = F · (T_f1 – T_f2) / (R_α1 + ∑R_i + R_α2) = k · F · (T_f1 – T_f2) = F · (T_f1 – T_f2) / (1 / k),

где k – коэффициент теплопередачи, характеризующий интенсивность процесса теплопередачи через плоские системы:

k = 1 / [(1 / α₁) + ∑(δ_i / λ_i) + (1 / α₂)], Вт/(м²·К).

Коэффициент теплопередачи плоской системы численно равен количеству теплоты (Дж), передаваемой через единицу поверхности (м²), в единицу времени (с), при разности температур нагретой и холодной жидкости в 1 градус.

Теплопередача от горячей жидкости к холодной через многослойную цилиндрическую систему имеет вид:

Q = α₁ · π · d₁ · L · (T_f1 – T_w1) = π · L · (T_f1 – T_w1) / R_α1

Q = π · L · (T_w1 – T_w2) / [(1 / 2λ₁) · ln(d₂ / d₁)] = π · L · (T_w1 – T_w2) / R₁

Q = π · L · (T_w2 – T_w3) / [(1 / 2λ₂) · ln(d₃ / d₂)] = π · L · (T_w2 – T_w3) / R₂

Q = α₂ · π · d₃ · L · (T_w3 – T_f2) = π · L · (T_w3 – T_f2) / R_α2

Из решения системы получим общий тепловой поток Q проходящий через цилиндрическую систему:

Q = π · L · (T_f1 – T_f2) / (R_α1 + R₁ + R₂ + R_α2), Вт.

Когда количество цилиндрических слоев равно n, тепловой поток:

Q = π · L · (T_f1 – T_f2) / (R_α1 + ∑R_i + R_α2) = k_L · π · L · (T_f1 – T_f2) = π · L · (T_f1 – T_f2) / (1 / k_L),

где k_L – коэффициент теплопередачи, характеризующий интенсивность процесса теплопередачи через цилиндрические системы:

k_L = k = 1 / [(1 / α₁d₁) + ∑(1 / 2λ_i) + ln(d_i+1 / d_i) + (1 / α₂d_n+1)], Вт/(м·К).

Коэффициент теплопередачи цилиндрической системы численно равен количеству теплоты (Дж), в π раз меньше той, которая передается единицей длины цилиндра (м) в единицу времени (с) при разности температур нагретой и холодной жидкости в 1 градус.