Condensarea este procesul de tranziție a unei substanțe de la o stare de vapori la o stare lichidă. Caracteristica principală a procesului este că căldura este furnizată și descărcată la o temperatură constantă.
Transferul de căldură în timpul condensării vaporilor saturați este simultan transferul căldurii (determinat de căldura de vaporizare)
și masa (determinată de cantitatea de abur condensat).
Moleculele de vapori sunt transportate către peretele răcit prin edecurile unui flux turbulent, condensează și apare o scădere bruscă a volumului, astfel încât apare o mișcare adecvată de translație a peretelui. Formează canale de condens
Pe perete și pe perete, potrivit pentru abur proaspăt. Transferul de căldură și cea mai mare parte a vaporilor către perete este atât de rapid încât gradul de turbulență a fluxului
nu are un efect semnificativ asupra procesului și nu este luat în considerare în calcule.
Pe suprafețele bine umezite, apare un film de condens lichid, picăturile și jeturile se formează pe suprafața umectabilă (nu umectabilă). Cu condensarea picăturilor, coeficientul de transfer de căldură este de câteva ori mai mare decât pentru condensarea filmului. Cu toate acestea, organizarea condensării prin picurare este mai costisitoare decât condensarea filmului. prin urmare
în practică, este utilizată condensarea filmului. În procesul de transfer de căldură de la abur la perete se pot distinge trei etape, fiecare dintre ele având rezistența proprie:
- alimentarea cu căldură și materia din vapori către perete;
- procesul de condensare real;
- transferul de căldură printr-un film de condens lichid.
Prima etapă se realizează datorită mecanismului convectiv datorat gradientului de presiune care apare în timpul tranziției prin abur
în lichid, adică viteza mare. Rezistența celei de-a doua etape este, de asemenea, mică.
Când condensul de film al vaporilor, rezistența termică este concentrată în principal în pelicula de condens. Rezistența termică a peliculei este determinată de mecanismul transferului de căldură, în funcție de regimul fluxului de condens.
Să luăm în considerare cel mai simplu caz de condensare a vaporilor staționari pur saturați pe o suprafață verticală plană x - y. Originea este compatibilă cu punctul de pornire al procesului de condensare (Figura 1.11).
Fig. 1.11. Sistemul de condensare a aburului
Pe măsură ce filmul de condens se scurge sub acțiunea gravitației, grosimea sa va crește datorită creșterii cantității de vapori condensați. În consecință, apare problema debitului laminar al unui lichid vâscos de-a lungul unui perete vertical. Ecuația de transfer termic convectiv pentru acest caz va avea aceeași formă ca și ecuația pentru stratul limită termică la secțiunea inițială a stratului plan (24).
Cu toate acestea, simplificăm problema.
Grosimea mică a peliculei de condensat face posibilă tratarea profilului de temperatură în strat ca fiind liniar. Aceasta înseamnă că cantitatea de căldură transferată prin stratul de condens poate fi tratată ca un transfer de căldură conductiv printr-o barieră de lichid plat.
Integrarea ecuației (58) cu acordul condițiilor limită dă
După cum este bine cunoscut, fluxul de căldură la limita de fază este definit ca
Din (60) obținem
Problema determinării grosimii filmului este rezolvată folosind relații de echilibru. În primul rând, viteza medie este determinată. apoi debitul condensului (este H variabil în înălțime), apoi d și a sunt determinate.
Valoarea locală a coeficientului de transfer de căldură a este obținută sub forma
media pe valoarea înălțimii H
Aici r este căldura de condensare.
După cum se vede din (61), coeficientul local de transfer de căldură scade, pe măsură ce filmul de condens se scurge datorită creșterii grosimii acestuia.
O dependență de tipul (62) poate fi de asemenea obținută prin prelucrarea datelor experimentale privind teoria similitudinii pe baza unei ecuații criteriale a formei
aici
Pentru un regim laminar,
pentru un perete vertical A = 0,94, țeavă orizontală A = 0,72.
Pentru un flux turbulent
Toate constantele fizice sunt determinate la temperatura medie de proces.
Formulele (64) și (65) sunt obținute pentru o pereche fixă.
În general, transferul de căldură în timpul condensării vaporilor depinde de viteza și direcția fluxului de vapori, de starea suprafeței de condensare, de compoziția vaporilor și de supraîncălzirea acestora.
Se știe că o crește dacă debitul scade d și invers. Densitatea crește D și scade a.
Condensarea amestecurilor de aburi. Când amestecul de abur este condensat
modificările compoziției sale determină o modificare a temperaturii de condensare, care este, în final, temperatura de condensare a componentei cu cel mai scăzut punct de fierbere al amestecului. Astfel, procesul de condensare a amestecului de vapori are loc cu o diferență de temperatură variabilă, valoarea căreia depinde
nu numai din proprietățile fizico-chimice ale amestecului, ci și din structura curgerii lichidului de răcire și a amestecului de vapori.
Gazele inerte se acumulează la suprafața filmului de condens, se produce o rezistență termică suplimentară.