2. Теплообмін при конденсації пари

Конденсація – процес переходу речовини з газоподібного стану в рідкий або твердий (десублімація).

Розрізняють конденсацію в об’ємі пари або парогазової суміші і конденсацію на поверхні твердого тіла або рідини, з якими пара знаходиться в контакті (поверхнева конденсація). При цьому можливі два види конденсації поверхневої – плівкова і бульбашкова.

Плівкова конденсація – конденсація в рідкий стан на гідрофільний (що добре змочується) поверхні твердого тіла, при якій на ній утворюється суцільна плівка конденсату.

Бульбашкова конденсація – конденсація в рідкий стан на гідрофільній поверхні твердого тіла при якій на ній утворюється окремі бульбашки конденсату.

Зміна конденсація.

Термічний опір передачі тепла від пари до стінки представляється у вигляді двох доданків.

- термічний опір плівки конденсату;

- між фазовий термічний опір, зв’язаний зі скачком температури на границі і рідкої фаз.

Теоретичний розв’язок питання конденсації виконується при деяких допущених умовах:

• рух плівки ламінарний;

• температура зовнішньої поверхні плівки конденсату постійна;

• фізичні параметри конденсату ( не залежать від температури;

• сили інерції малі в порівнянні з силами тяжіння і тертя;

• тертя і температурний скачок на границі плівка – пара відсутні;

• сили поверхневого натягу на зовнішній поверхні плівки не впливають на характер її руху;

• густина пари мала в порівнянні з густиною рідини;

• конвективний переніс тепла в плівці і теплопровідність вздовж плівки не враховується враховується тільки теплопровідність плівки.

Прийняті дані допущення спрощують суттєво математичний опис процесу.

Рівняння енергії має вигляд

Рівняння руху

Розв’язок рівнянь руху і інерції разом з граничними умовами дозволяє отримати вирази для визначення товщини плівки конденсата і локального значення коеф. тепловіддачі на відстані х від верхнього краю вертикальної поверхні.

м

Вт/м К

Отримані співвідношення справедливі для будь-якої рідини. Фізичні параметри плівки конденсата ( приймаються по температурі насичення.

Коефіцієнт зменшується із збільшенням х або так як при цьому збільшується товщина плівки конденсата, і як наслідок термічний опір. Із збільшенням температурного потоку зменшується, а товщина плівки росте. Але це не означає зменшення теплового потоку так як за законом Ньютона – Ріхмана.

Співвідношення отримані Нусельтом, обмежені простою схемою ламінарного руху плівки конденсату. По мірі збільшення числа для плівки і при деякому критичному перетворюється в турбулентну течію. Тому середній коеф. при хвильовому русі більший, ніж при ламінарному.

Визначення середніх по поверхні значень коеф. тепловіддачі при конденсаціїна вертикальних поверхнях.

Визначальна температура – температура насичення

- число Кутателадзе

при

при

„ ”- фізичні властивості конденсата.

„н”, „с”- при температурі насичення і стінки.

„Н”- висота поверхні.

При конденсації на горизонтальних трубах.

при

при Турбулентний режим течії плівки конденсатора може виникнути тільки при достатній довжині поверхні. Значення діаметра труби,при якому може мати місце хвильовий рух.

при конденсації перегрітої пари

- ентальпія перегрітої і сухої насиченої пари;

при конденсації вологої пари

x – степінь сухості

При конденсації на горизонтальному пучку труб з nрядів труб по вертикалі.

першого ряду.

Приведені співвідношення справедливі для конденсації нерухомої чистої пари чистій поверхні.

При розрахунках необхідно враховувати ряд обставин.

Змінність параметрів конденсату по товщині плівки, де температура змінюється від враховується

Вплив перегріву і вологості пари. Якщо температура стінки нижча температури насичення, то конденсація перегрітої пари проходить так само як і насиченої. При цьому пара охолоджується до температури насичення біля стінки. визначається шляхом підстановки .

Вплив стану поверхні. Шороховата поверхня створює додатковий опір руху плівки і товщина її збільшується, що .

Вплив наявності в парі домішок що не конденсуютьсся. Тепловіддача суттєво знижується. Не пояснюється накопиченням біля поверхні конденсації повітря, що затрудняє рух пари до поверхні.

Вплив орієнтації і компоновки поверхні: При інших рівних умовах тепловіддача на горизонтальних трубах вища ніж на вертикальних. Бо середня товщина плівки конденсату менша для горизонтальних труб.

Вплив швидкості і напрямку руху пари. Режим руху плівки, її товщина і залежать від взаємодії сили тяжіння в плівці і сили тертя на границі розділу фаз. Напрям дії сил залежать від положення поверхні в просторі. При співпаданні руху плівки і пари, товщина плівки зменшується, а і навпаки.