3.2.2. Теплоотдача при капельной конденсации пара

Если конденсат не смачивает поверхность охлаждения, то конденсация пара приобретает капельный характер. На поверхности образуются и растут отдельные капли конденсата. в начальный период рост возникающих капелек идет с очень высокой интенсивностью. Затем по мере увеличения размера капель скорость их роста постепенно снижается. При этом одновременно наблюдается непрерывно идущий процесс взаимного слияния капель. В итоге, когда отдельные капли достигают размера примерно одного или нескольких миллиметров, они скатываются с поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора .

при малых капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение). При увеличении на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается.

Зависимость коэффициента теплоотдачи α при капельной конденсации водяного пара от температурного напора приведена на рис. 3.11. Этот график получен [30] в результате анализа и обобщения опытных данных.

рис 3.11 – Теплоотдача при капельной конденсации водяного пара в зависимости от t_s и Δt.

При малых температурных напорах коэффициент теплоотдачи возрастает по мере увеличения Δt , а при больших Δt, наоборот, уменьшается. В точке излома линии происходит своеобразный кризис капельной конденсации.

Изменение характера зависимости коэффициента теплоотдачи от можно объяснить следующим образом.

Чем больше Δt, тем больше пересыщения пара и тем интенсивнее происходит конденсация. При этом термическое сопротивление конденсата сравнительно невелико.

Повышение скорости конденсации с ростом Δt и увеличение количества конденсированной фазы на поверхности теплообмена приводят к тому, что термическое сопротивление конденсата начинает оказывать большое влияние на процесс теплоотдачи.

Значения коэффициентов теплоотдачи, представленные на рис. 3-11, могут быть рекомендованы для практических расчетов. Кроме того, могут быть использованы и другие зависимости, базирующиеся на уравнениях подобия и представленные, например в [ Исаченко ].

При капельной конденсации пара на поверхности пучка горизонтальных труб скатывание капель с трубы на трубу, как показывают опытные данные, приводит к некоторому снижению интенсивности теплоотдачи. Однако это снижение обычно не превышает 10-15%.

Опыты также показывают, что из-за очень высокой интенсивности теплоотдача при капельной конденсации наблюдается значительное влияние различных дополнительных факторов, например, даже незначительного присутствия в паре неконденсирующихся газов (воздуха).

Теплоотдача при капельной конденсации начинает зависеть от скорости пара при сравнительно небольшой ее величине. В тоже время интенсифицирующее влияние скорости пара, приводящее к появлению большого количества конденсата на поверхности стенки, может ускорить кризис капельной конденсации.