1.2.5. Теплоотдача при конденсации пара

Теплоотдача возникает при контакте пара с охлажденной поверхностью. При этом на поверхности образуются капельки жидкости – конденсата. Если этот процесс продолжается, то капельки заполняют всю поверхность конденсации и сливаются в сплошную пленку. В дальнейшем пар конденсируется на поверхности пленки, которая представляет собой дополнительное термическое сопротивление в процессе теплоотдачи от пара к стенке. Так как при этом термическое сопротивление в паровой фазе ничтожно мало, скорость передачи теплоты зависит от толщины и свойств этой пленки. Формула для расчета коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара, рассчитанная путем преобразования критериальных уравнений теплоотдачи, представляет следующее выражение:

(1.24)

где А – коэффициент, связанный с ориентацией поверхности: для вертикальных поверхностей А=0,94, для горизонтальный – А=0,72;

λ, ρ, μ – коэффициенты теплопроводности, вязкости и плотности конденсата;

L – высота поверхности, по которой стекает конденсат, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

Δt_пк – разность температуры пара и пленки, К.

Использование уравнения (1.24) для расчета  на практике связано с трудностями определения перепада температур на пленке, поэтому эту величину определяют методом последовательных приближений от произвольно выбранного начального значения или путем экспериментов.

1.2.6. Теплопередача при кипении жидкостей

Кипением называется процесс испарения жидкости, при котором пар образуется в виде пузырьков в определенных местах (центрах) поверхности нагрева либо в виде сплошной пленки. Первый вид парообразования называется пузырьковым, или ядерным, второй – пленочным.

Теплоотдача при кипении жидкостей относится к числу особенно сложных процессов, поэтому до последнего времени никому из исследователей не удалось еще сделать теоретических обобщений, позволяющих надежно вычислять коэффициенты теплоотдачи для этого случая. На основании же опытных данных С.С.Кутателадзе [1] предложил формулу для определения этого коэффициента при пузырьковом кипении:

, (1.25)

где ρ_ж , ρ_п – плотности жидкости и пара, кг/м³;

р – давление над поверхностью пара, Па;

σ – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

v – кинематическая вязкость жидкости, м²/с;

α – коэффициент температуропроводности, м²/с;

q – тепловой поток, Дж/м^2.с;

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Часто этим уравнением (1.25) невозможно пользоваться из-за отсутствия необходимых данных при температурах кипения. Поэтому для расчетов применяют найденные опытным путем зависимости для различных жидкостей вида:

а= А₁рⁿ q^m, (1.26)

где А₁, n, m – константы, которые находят по справочникам,

р – давление,

q – плотность теплового потока.