Теплоотдача при конденсации

(газа) в жидкое состояние.
При конденсации пара происходит выделение тепла фазового

перехода.
Конденсация возможна только в так называемой докритической области. Потому что при закритических состояниях жидкая и газообразная фаза неотличимы.
Для воды:
Ткр=374,5 С
Ркр=221,29*10 5 Па
Конденсация возможна как в объеме пара (парогазовой смеси), так и на поверхности твердого тела или жидкости, с которыми соприкасается пар (парогазовая смесь).
В энергетике чаще всего приходится иметь дело с конденсацией пара в жидкое состояние на охлажденных поверхностях теплообмена.

такого условия: температура поверхности стенки(t c ) должна быть меньше

температуры насыщения при данном давлении (t н ): t c < t н ; t н =f (p) .
При конденсации из парогазовой смеси температура насыщения определяется парциальным давлением.
Условие (t c < t н ) в равной степени относится как к насыщенному, так и к перегретому пару.
Процесс теплообмена при конденсации непосредственно связан с переносом массы вещества.

капельную .
Конденсация при которой жидкая конденсированная фаза образуется на поверхности

в виде сплошной устойчивой пленки называется пленочной.
Конденсация при которой происходит образование капель жидкости, называется капельной.
Пленочная конденсация происходит, когда конденсат смачивает поверхность теплообмена, капельная конденсация - когда не смачивает.
Эффект смачивания или не смачивания жидкостью поверхности связан с действием поверхностных сил. А собственно смачивающая способность характеризуется краевым углом или углом смачивания .

касательной к поверхности твердого тела и жидкости в точке соприкосновения

их границ.

Если  </2 , то жидкость смачивает поверхность. При  =0 наблюдается полное смачивание жидкостью поверхности. Например, керосин по металлу.

Если  > /2 , то жидкость не смачивает твердую поверхность. При  = 0 наблюдается полное несмачивание жидкостью поверхности. Например, капли ртути на стекле.

имеет место пленочная конденсация. Капельная конденсация наблюдается при пуске теплообменного

аппарата, когда на поверхности стенок имеют место различные, в том числе, и масляные загрязнения. Капельная конденсация происходит также при конденсации ртутного пара и некоторых других случаях. Капельная конденсация может быть вызвана искусственно с помощью специальных веществ, называемых лиофобизаторами(в случае воды - гидробизаторами). Эти вещества наносятся на поверхности теплообмена или вводятся в пар (либо в питательную воду).
Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации, как правило, существенно ниже, чем при капельной. Обычно в 5-10 раз ниже.
Это объясняется тем, что пленка конденсата является большим термическим сопротивлением передаче тепла фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. При капельной конденсации в силу разрыва пленки это сопротивление гораздо меньше.

– микропленка конденсата;
3 - капля конденсата;

4 – основной поток конденсирующего пара.

- средняя скорость поступательного движения пара к стенке.

и пленочной конденсации практически одинаковы, т.к. пленка конденсата имеет

в этом случае малое термическое сопротивление.
Сложный процесс пленочной конденсации пара на охлаждаемой поверхности твердого тела можно условно разделить на такие последовательно протекающие процессы:
1)Подвод пара к поверхности раздела фаз;
2)Собственно процесс конденсации;
3)Отвод выделившейся теплоты конденсации к стенке.

так и на молярном уровне. Подвод пара на молярном уровне

обусловлен тем, что удельный объем пара больше, чем удельный объем жидкости.
Поскольку V n>V ж , то при конденсации пара освобождается некоторый объем, который сразу же заполняется новыми порциями пара, поступающими из основной массы.
Таким образом, имеет место, направленное движение пара в сторону стенки. Скорость движения пара можно выразить следующим образом:

одной стороны имеет место поглощение (захватывание) конденсатной пленкой соприкасающихся с

ней молекул пара. С другой стороны, часть молекул отражаются от поверхности пленки и возвращаются в пар. Это явление характеризуется коэффициентом конденсации.
Коэффициент конденсации - отношение количества молекул пара, захваченных конденсатной пленкой, к общему числу молекул пара, достигающих поверхности раздела фаз.
Коэффициент конденсации существенным образом зависит от давления пара. Чем больше давление пара , тем больше коэффициент конденсации.

пленки
t n- температура в объеме пара;
t пов- температура на поверхности

раздела фаз
t c- температура поверхности твердой стенки
W х - средняя скорость поступательного движения пара к стенке.

место межфазный скачок температур.
Данный скачок наблюдается непосредственно у поверхности раздела

фаз.
Наличие межфазного скачка температур обусловлено двумя причинами:
1)скорость поступления пара к поверхности раздела фаз является конечной;
2)не все молекулы пара поглощаются жидкостью. Часть из них, соприкасаясь с поверхностью жидкой фазы, снова возвращаются в объем пара. Эти молекулы при соприкосновении с поверхностью жидкости отдают ей часть своей кинетической энергии, и поэтому, возвращаясь в объем пара, имеет пониженную кинетическую энергию по сравнению с энергией молекул объема пара, и соответственно понижается температура пара вблизи поверхности раздела фаз.

от характера течения пленки конденсата, от того является это

течение. При ламинарном режиме течения отвод теплоты к стенке осуществляется путем теплопроводности поперек пленки конденсата. При турбулентном течении пленки дополнительно перенос тепла осуществляется и за счет конвекции пленки, т.е. здесь необходимо учитывать турбулентный перенос тепла.
Переход от ламинарного режима пленки к турбулентному определяется по величине критерия Рейнольдса пленки:

Re=W*/v
W- средняя скорость течения пленки в данном сечении;
 - толщина конденсатной пленки в этом сечении;
v - коэффициент кинематической вязкости в жидкой фазе.
  Для случая конденсации практически неподвижного пара на вертикальной поверхности
 Re кр=400.

волн происходит интенсификация теплообмена за счет конвективного перемешивания и увеличения

межфазной поверхности.
Согласно аналитическому решению, полученному П.Л.Капицей при волновом движении пленки, коэффициент теплоотдачи увеличивается на 21%.