Тепломассообмен в двухкомпонентных средах при конденсации и испарении

газа затрудняет доступ пара к поверхности конденсации. В результате скорость

конденсации уменьшается.

основной температуры парогазовой смеси

стенке будет образовываться пленка конденсата (рис.).

Если стенка, на которой происходит

конденсация, непроницаема, ее температура

Распределение температуры и концентраций при конденсации пара из парогазовой смеси

, то по

ниже

парогазовой смеси к пленке конденсата;
плотность потока и энтальпия пара

на поверхности пленки;

температура поверхности пленки.

Пар, достигая поверхности раздела фаз, конденсируется. При этом выделяется теплота фазового перехода

, которая вместе с теплотой, переданной конвективной теплоотдачей, отдается твердой стенке, на которой образовалась конденсатная пленка.

некоторая теплота переохлаждения конденсата
, т.к. температура по толщине пленки
до

Теплота переохлаждения конденсата невелика, и во многих случаях ею можно пренебречь. Тогда можно считать, что плотность теплового потока при стационарном режиме по толщине пленки постоянна:

относительно

конденсата изменяется от

(рис.).

или

отнесенный к разности температур стенки и парогазовой смеси.

коэффициент теплоотдачи,

сопротивление фазового
, термическое сопротивление подводу
(диффузное термическое сопротивление). Этим термическим сопротивлениям

соответствуют температурные разности:

конденсата

перехода

теплоты пара к поверхности конденсата

Тогда уравнение

можно пренебречь
и считать
Не учитывая скачок температур
,

температуру поверхности

насыщения пара при давлении насыщения

. Тогда:

конденсата

можно рассматривать как температуру

коэффициент теплоотдачи с учетом сопутствующего массообмена.

Средний коэффициент массоотдачи
при пленочной и
капельной конденсации пара на

горизонтальной трубе из паровоздушной смеси определяется по формуле:

радиус трубы;

радиус, при котором определяется конденсация пара на

Индекс «пов» соответствует поверхности конденсата.

удалении

(1)

свободная конвекция. При

параметры парогазовой смеси однородны. Этой
При

можно принять

и влияние свободной конвекции будет минимальным. В (1) подставляются параметры парогазовой смеси при температуре

.

Рассмотрим распространенную задачу тепло– и массообмена при конденсации пара из движущейся бинарной паровоздушной смеси на горизонтальных трубах и пучках труб. В этом случае средний коэффициент массоотдачи может быть определен по формуле:

фиксированном

для третьего и последующих –
.
Давление бинарной паровоздушной смеси изменяется

в пределах

МПа, начальное содержание воздуха в

Формула (2) справедлива для чисел

(2)

водяном паре

Число

определяется

по скорости паровоздушной смеси

перед трубой или рядом труб, определяющий размер – внешний диаметр труб, физические параметры определяются по состоянию бинарной смеси перед трубой, коэффициент вязкости – по

процесс – процесс тепло– и массообмена при испарении жидкости в

двухкомпонентную парогазовую среду. Как известно, испарение жидкости с поверхности происходит из-за теплового движения молекул жидкости. Молекулы, имеющие энергию, достаточную для преодоления сил сцепления, вылетают из поверхностного слоя жидкости в окружающую среду. Часть молекул отражается к поверхности, где происходит поглощение или отражение. Некоторая часть молекул переходит в окружающую среду безвозвратно. По аналогии с коэффициентом конденсации можно вывести коэффициент испарения.

к общему числу испускаемых молекул. В большинстве случаев принято приравнивать

коэффициенты конденсации и испарения, пренебрегая термическим сопротивлением фазового перехода. Считают, что давление пара в слое неразреженной парогазовой бинарной смеси у поверхности равно давлению насыщения при температуре поверхности жидкости. Если вдали от жидкости газ не насыщен паром, то возникает поток вещества всегда направленный от поверхности испарения. При этом тепловой поток может быть направлен как к жидкости, так и к газу. Направление теплового потока зависит от разности температур поверхности испарения и парогазовой смеси.

меньше, чем затрачивается на испарение, то происходит охлаждение жидкости и

наоборот. В случае стационарного испарения с поверхности

) и

расчет производят по методике для конденсации, учитывая направление теплового потока.

стекающей пленки, но без кипения (

Если происходит испарение тонкого слоя жидкости из открытого теплоизолированного сосуда, то изменением температуры по толщине слоя можно пренебречь. Над жидкостью движется поток парогазовой смеси. Насыщения этого потока паром не происходит из-за большого расхода смеси. Считаем, что в жидкости отсутствуют внутренние источники теплоты и лучистый теплообмен.

температура жидкости понижается, происходит нестационарный процесс испарения. В какой-то момент

времени температуры жидкости и парогазовой смеси будут одинаковыми. Тогда процесс теплоотдачи прекратится, но процесс испарения будет продолжаться, что приведет к понижению температуры жидкости. Это вызовет передачу теплоты от парогазовой смеси к жидкости. По мере понижения температуры жидкости процесс испарения будет замедляться, а теплоотдача увеличиваться. Эти изменения будут происходить до наступления динамического равновесия между процессами подвода теплоты конвекцией и отводом теплоты путем испарения и последующей диффузии.

счет теплоты, получаемой от парогазовой смеси:
Процесс испарения, при котором вся

теплота, переданная от парогазовой смеси жидкости, затрачивается на испарение последней и возвращается к смеси с паром, называют процессом адиабатического (изоэнтальпийного) испарения. Таким образом, получим:

части которой находится испаряющаяся жидкость. В процессе течения содержание пара

увеличивается за счет испарения жидкости. Температура при этом изменяется от

до

Испарившаяся жидкость может восполниться в том же

Теплота, переданная теплоотдачей от парогазовой смеси к поверхности жидкости

расходуется на испарение жидкости

и на передачу теплоты теплопроводностью и конвекцией в жидкую фазу

:

количестве, но при другой температуре

на границе раздела фаз.
Теплота
затрачивается на подогрев
до

и частично теряется через стенки в окружающую среду. Тогда:

поступающей на испарение жидкости от

теплопотери в окружающую среду.

при
знак «-» - при
.
подвод теплоты к поверхности испарения

из жидкости. В этом случае для расчета теплоотдачи можно использовать уравнение: