Теплоотдача при конденсации пара

Конденсацией называют переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация насыщенного или перегретого пара происходит при его охлаждении ниже температу­ры насыщения. Она может протекать в объеме пара или парогазо­вой смеси либо на поверхности твердого тела или жидкости, с ко­торыми пар (парогазовая смесь) находится в контакте. На поверх­ности тела или жидкости возможны различные случаи протекания процесса конденсации: пленочная, капельная и смешанная.

Пленочной конденсацией называют конденсацию в жидкое со­стояние на лиофильной (хорошо смачиваемой жидкостью) поверх­ности твердого тела с образованием сплошной пленки конденсата.

Капельная конденсация - это конденсация в жидкое состояние на лиофобной (несмачиваемой жидкостью) поверхности твердого тела с образованием отдельных капель конденсата.

Смешанная конденсация - это конденсация в жидкое состояние на поверхности твердого тела, при которой на различных участках поверхности одновременно наблюдается как пленочная, так и ка­пельная конденсация.

Контактная конденсация происходит непосредственно на по­верхности жидкости (капель, струй и т. д.).

При пленочной конденсации выделяющаяся теплота отводится через охлаждаемую стенку и образовавшуюся на ней пленку кон­денсата. Термическое сопротивление в этом случае складывается из термического сопротивления пленки конденсата и фазового пере­хода на границе раздела жидкой и паровой фаз. Коэффициенты теп­лообмена при пленочной конденсации и прочих равных условиях на порядок меньше, чем при капельной.

Теплота при пленочной конденсации зависит от толщины пленки на поверхности теплообмена, от режима ее течения и от теплопроводности жидкости. На величину коэффициента теплооб­мена при конденсации большое влияние оказывает также присут­ствие в парах неконденсирующихся газов (например, воздуха), приводящее к снижению величины коэффициента теплообмена из-за экранирования поверхности теплообмена газовой прослойкой, имеющей низкую теплопроводность. Так, содержание в водяном паре 1% (по объему) воздуха приводит к снижению коэффициента теплообмена в 2,5 раза, 2% - в 3,2 раза, 3,5% - в 5 раз.

Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации движущегося пара на горизонтальной одиночной трубе может быть рас­считан по формуле

(10.28)

где

-критерий Галилея; d - наружный диаметр трубы; w_n - средняя ско­рость пара в суженном сечении канала; ∆t = U_н - t_c - разность темпе­ратур насыщения и стенки; г - теплота конденсации; g - ускорение свободного падения; λ_ж, v_ж, ρ_ж - соответственно теплопроводность, кинематическая вязкость и плотность жидкости; v_n - кинематиче­ская вязкость пара; μ_ж, μ_п - динамическая вязкость жидкости и паpaсоответственно; В - коэффициент, учитывающий примеси неконденсирующихся газов (для чистого пара В = 42; для практических расчетов рекомендуется принимать В = 30).

При конденсации пара на поверхности горизонтального пучка
труб коэффициент теплообмена α_п меньше, чем на одиночной трубе α₁ из-за увеличения толщины стекающей по трубам пленки. Со­отношение коэффициентов α_п и α_п следующие: '

(10.29)

где n - число рядов труб по высоте, расположенных друг под дру­гом.