32.Теплообмен при конденсации чистого пара

Конденсация - процесс перехода пара (газа) в жидкое или твердое состояние.

Конденсация может происходить как в объеме пара, так и на охлаждаемой поверхности.

В энергетике чаще приходится иметь дело с конденсацией пара в жидкое состояние на охлаждаемых поверхностях

Вид конденсации, при которой на поверхности теплообмена образуется устойчивая пленка, называется пленочной конденсацией, если образуются капли, то капельной. Пленочная конденсация имеет место, когда конденсат смачивает поверхность. Если же конденсат не смачивает поверхность, то происходит капельная конденсация.

При установившейся работе конденсационных устройств вода, как правило, смачивает поверхности теплообмена, и происходит пленочная конденсация. Капельная конденсация наблюдается при пуске теплообменного аппарата. Она может быть вызвана с помощью специальных веществ (лиофобизаторами, при конденсации водяного пара — гидрофобизаторами).

При капельной конденсации водяного пара теплоотдача может быть во много раз больше, чем при пленочной. Это объясняется тем, что пленка конденсата является большим термическим сопротивлением.

Термическое сопротивление передаче теплоты от пара к стенке можно представить в виде суммы двух слагаемых:

а - коэффициент теплоотдачи от пара к стенке.

R_K - термическое сопротивление пленки конденсата.

Rф - термическое сопротивление на границе раздела фаз. Появление этого сопротивления обусловлено скачком температуры на границе раздела паровой и жидкой фаз.

где - соответственные температуры пара и поверхности конденсата.

Из ряда экспериментальных исследований вытекает, что при конденсации чистого водяного пара с давлением примерно р> >10⁴ Па с достаточным приближением можно считать, что температурный скачок на границе раздела фаз отсутствует и

Термическое сопротивление пленки конденсата R_K зависит от режима течения. Поперек ламинарно текущей пленки теплота переносится теплопроводностью, через турбулентную - дополнительно и конвекцией. Переход от ламинарного течения пленки к турбулентному определяют по величине числа Рейнольдса пленки.

где w — средняя скорость течения пленки в рассматриваемом поперечном сечении;

— толщина пленки конденсата.

Наиболее вероятным значением Re_Kp для случая конденсации практически неподвижного пара на вертикальной поверхности полагают величину Re_Kp =400.

Пренебрегая теплотой поверхности конденсата можно записать:

, Вт -количество образованного конденсата,

- размер стенки в направлении нормальном к плоскости чертежа, т.о. число Re характеризует не только гидродинамику, но и интенсивность теплообмена.

33.Конденсация на горизонтальных трубах

Эта формула справедлива при конденсации пара для вертикальных стенок. В случае наклонной стенки в исходное уравнение необходимо ввести вместо g ее проекцию . - угол между направлением силы тяжести и осью координат Ох.

Для криволинейной поверхности, в частности для горизонтальной трубы, угол будет переменной величиной. Учитывая это и принимая, что , где d — диаметр круглого цилиндра, Нуссельт получил следующую формулу для расчета среднего по наружной окружности трубы коэффициента теплоотдачи при условии ламинарного течения пленки конденсата: