Экзаменационная программа по курсу

1. Плёночная конденсация на вертикальной поверхности. Режимы течения плёнки конденсата. Число Рейнольдса плёнки

Плёночная конденсация на вертикальной поверхности

Теплообмен при конденсации паров представляет собой сложное явление, связанное с одновременным переносом теплоты и массы (вещества) и изменением фазового состояния – перехода их газообразного в жидкое или твёрдое состояние.

Количество перенесённой массы определяется величиной с конденсированного пара, а переданная теплота (при условии насыщенного пара) – теплотой парообразования.

Первый вид конденсации, при котором на поверхности образуется сплошная устойчивая плёнка, называется плёночной конденсацией.

“Изменение температуры на рисунке не правильно для плёночной конденсации на вертикальной поверхности”

Режимы течения плёнки конденсата

Т ечение плёнки конденсата по вертикальной поверхности носит сложный характер. В верхней части, где количество конденсата невелико, плёнка течёт ламинарный, в нижней части, по мере накопления конденсата, течение плёнки становится турбулентным. Вследствие взаимодействия сил тяжести и сил поверхностного натяжения на свободной поверхности возникают капиллярные волны.

Течение плёнки конденсата может быть волновым при сохранении ламинарного режима течения. Волновое течение плёнки начинается при определённом соотношении сил тяжести, вязкости и поверхностного натяжения.

Число Рейнольдса плёнки

средняя скорость течения плёнки

кинематическая вязкость жидкости (конденсата)

толщина плёнки

2. Плёночная и капельная конденсация. Термические сопротивления при конденсации

Плёночная и капельная конденсация

Первый вид конденсации, при котором на поверхности образуется сплошная устойчивая плёнка, называется плёночной конденсацией.

Эта плёнка стекает вниз под действием силы тяжести или увлекается в ту или другого сторону потоком пара.

Второй, когда идёт процесс с образованием капелек – капельной конденсацией.

Конденсат осаждается в виде отдельных капель, которые занимают лишь часть поверхности теплообмена (остальная часть при этом покрыта тончайшим слоем жидкости).

Термические сопротивления при конденсации

Термическое сопротивление передачи теплоты от пара к стенке состоит из термического сопротивления плёнки и термического сопротивления фазового перехода:

Где

соответственно температура пара и поверхности стенки

плотность теплового потока

коэффициент теплоотдачи от пара к стенке

термическое сопротивление плёнки конденсата

термическое сопротивление фазового перехода

Из элементарной кинематической теории газов можно получить следующее выражение для термического сопротивления фазового перехода:

Где соответственно температуры пара и стенки поверхности конденсата

коэффициент конденсации

газовая постоянная пара

давления насыщенного пара при соответственно.

3. Теория Нуссельта плёночной конденсации

Теория плёночной конденсации на охлаждаемой вертикальной стенке (теория Нуссельта)

Пусть имеется вертикальная стенка (рис. 12.2), температура которой .

Около стенки находится неподвижный сухой насыщенный пар, температура которого .

Предположим, что

• Течение плёнки ламинарное

• Инерционные силы, вызываемые ускорением плёнки, пренебрежимо малы по сравнению с силами вязкости и силами тяжести;

• Конвективный перенос теплоты незначителен по сравнению с переносом теплоты поперёк плёнки (вдоль плёнки перенос теплоты не учитывается)

• Силы трения на границе «плёнка – пар» пренебрежимо малы; физические свойства конденсата от температуры не зависят. В такой постановке задача о теплообмене при конденсации была решена Нуссельтом (1916 г.).

Согласно теории Нуссельта, при плёночной конденсации пара теплота, выделяющая на границе раздела “пар-жидкость”, отводится к стенке за счёт теплопроводности жидкости в поперечном направлении. Уравнение теплопроводности и граничные условия записываются в виде:

Решение этой задачи даёт линейное распределение температуры по толщине плёнки. При этом

Так как

Для нахождения в данном сечении х составим уравнение теплового баланса:

Дифференцируя это уравнение, находим

Из (12.6) можно определить , но предварительно необходимо рассчитать . Для этого следует решить уравнение движения для плёнки. С учётом принятых допущений это уравнение записывается в виде

Граничные условия будут иметь вид

Второе граничное условие является следствием того, что при. силы трения равны нулю. В уравнении движения плотности жидкости и пара в состоянии насыщения (при ).

Интегрируя уравнение движения и учитывая граничные условия при нахождении постоянных, получаем параболический закон распределения скорости по толщине плёнки (рис. 12.3):

Среднее скорость

При

Из (12.10) следует, что толщина плёнки и увеличивается с ростом х: . Используя (12.4), получаем формулу Нуссельта для местного коэффициента теплоотдачи:

Так как в нашем случае то средний коэффициент теплоотдачи имеет вид

Полагая , окончательно получаем формулу Нуссельта для среднего