10.1 Tipurile de condensare, echilibrul unei picături de condens pe suprafață, rezistența termică în timpul condensării peliculei - film și picături. Regimul fluxului de condens în film.
Condensarea este procesul de tranziție de fază a unei vapori într-o stare lichidă sau solidă. Condensul eliberează căldură din tranziția de fază. Condensarea are loc atunci când se răcește sau (și) se comprimă aburul la temperaturi și presiuni în care faza condensată devine mai stabilă decât faza gazoasă. Vaporii se condensează în lichid dacă temperatura și presiunea sunt mai mari decât valorile lor critice pentru o anumită substanță. Vaporii sunt sublimați fie la faza solidă dacă temperatura și presiunea sunt mai mici decât valorile lor critice corespunzătoare punctului triplu (Figura 1).
Procesul de condensare a aburului în timpul eliminării căldurii și a condițiilor,
Condensarea poate să apară pe o suprafață răcită sau într-un volum.
Atunci când este condensat, numărul de molecule de vapori care au intrat în lichid din vapori și Nl care rămâne în el pentru o unitate de timp este mai mic sau egal cu numărul de molecule din perechea de lichide Ngl care a lovit suprafața. O anumită cantitate de molecule de Ng din lichid intră în vapori. Raportul dintre Nl și Ngl
este în intervalul 0≤K≤1 și se numește coeficientul de condensare. La K = 0, masa condensului rămâne echilibrul constant dinamic.
Condensarea unei suprafețe solide saturate are loc la o temperatură a suprafeței mai mică decât temperatura de saturație la o presiune dată. Aburul supraîncălzit este răcit la TP = TH. și apoi poate condensa.
Dacă condensul umezește suprafața de transfer de căldură, se formează mai întâi o peliculă subțire de lichid pe suprafață, se observă fluctuații ale grosimii acestui film. Pe măsură ce condensul precipită, grosimea filmului crește. În câmpul de gravitație, filmul se răspândește. Cu un proces continuu, masa fluidului care curge este reumplută de masa vaporilor de condensare. Formarea unui film continuu stabil de condens pe suprafață se numește condensare de film. Formarea unui film de condens pe suprafață creează o rezistență termică semnificativă la transferul de căldură din vapori spre peretele mai rece.
La o anumită grosime a filmului (de ordinul unui micron), pe o suprafață neacoperită, filmul se sparge în picături. Se formează picături în apropierea microroughnesses, neregularități de suprafață, în cazul în care forțele de suprafață acționează pentru a reduce suprafața picăturii. Luând în condensat, picăturile cresc. Ei se pot răsturna pe o suprafață înclinată sub influența gravitației. Forme noi de picături. Acest proces se numește condensare prin picurare. Când condensarea în picături, din cauza lipsei de rezistență termică, coeficientul de transfer termic continuu lichid film poate fi crescută de 5 - 10 ori comparativ cu filmul prin condensare, care trebuie luate în considerare la calculul condensatoarelor teplotehnicheskom.
Echilibrul unei picături de condens pe suprafață.
Formarea unei picături de condens pe o suprafață solidă are loc prin interacțiunea forțelor de tensionare de suprafață
Din starea de echilibru a căderii de pe suprafață, proiecția forțelor pe axa r din punctul A urmează (figura 10.3):
prin urmare, unghiul de contact al umezelii:
In neumectare suprafață S lichid greu, = 180 și un strat subțire de gaz adsorbit în apropierea suprafeței S, la aproximativ 0 = gaz intră în contact numai cu picăturile de lichid și echilibrul nu sunt stabilite. Pentru 0 0 <90 о имеется частичное смачивание, а при 90 о <180 о частичное несмачивание.
Rezistența termică în timpul condensării pe suprafață.
Intensitatea condensării vaporilor (vizibili) într-un lichid poate fi estimată din reprezentările teoretice cinetice pentru un gaz ideal [1,2].
unde Tn. Pn este temperatura vaporilor și presiunea saturată a vaporilor la această temperatură. Tpov. Pp este temperatura la suprafața condensului și presiunea de saturație a vaporilor la această temperatură. Rn este constanta de vapori de gaz, K este coeficientul de condensare empiric.
Rezistența termică R a transferului de căldură din abur printr-un film de condensat cu grosime constă din doi termeni:
unde
Căldura de tranziție de fază este:
unde r, (J / kg) este căldura specifică de condensare a vaporilor saturați uscați. Apoi, din (4) și (6) obținem:
Din aceste formule rezultă că rezistența termică la limita fazelor depinde de tipul și presiunea vaporilor, de coeficientul de condensare și de condițiile de temperatură. Pentru K <1 возникает разность температур Тп - Тпов (рис.10.4). Коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации
,
unde
Modurile de curgere a condensului în film.
În fluxul de condens în apropierea suprafeței în câmpul de gravitație, sunt posibile regimuri laminare, tranzitorii și turbulente. Trecerea de la un regim la altul depinde de criteriul lui Reynolds:
unde
Când Re Rekr1 pentru condens în film se bazează gama laminar regim de curgere tranzitoriu Rekr1 Re Rekr2, se observă structura undei de suprafață, „transferabilitatea“ zonelor regiunilor turbulente și flux laminar. La Re> Recr2 debitul este turbulent. Neglijând caracteristici tranzitorii, se crede că tranziția de la laminar la turbulente de curgere în film de condens, atunci când numărul de Re = Rekr. care este în intervalul Rekr = 60-500. Atunci când condensul de abur pe un perete vertical este luat în special Rekr 400.
Perturbările aleatorii ale fluxului conduc la apariția unor valuri pe suprafața filmului de condensat. Acest fenomen este determinat de echilibrul forțelor de tensiune superficială, viscozitate, inerție și gravitate. Viteza maximă este observată în partea de sus a valului. Pentru undele mici Rek1≤Re≤Re. perturbarea care apare în condens este transportată în aval și structura de undă stabilă a filmului nu este formată. Atunci când se utilizează ReWaveReReq2, se observă un mod de undă stabilă. Pentru o peliculă de condens care curge de-a lungul unei suprafețe verticale sub acțiunea gravitației, se folosește următoarea formulă:
În special, atunci când vaporii de apă condensează, la o temperatură Tc = 288 K, Reverse 5.0.
Prin eliminarea atentă a tulburărilor în experimente, posibilitatea trecerii fluxului de film de la laminar la regim turbulent, ocolind structura undei de suprafață în modul care se încadrează peliculă de condens.
Densitatea fluxului de căldură în timpul fluxului de film de condens.
Fluxul de căldură q, (W / m 2) la condensarea vaporilor uscați saturați este determinat de dependența (6). La rata de transfer de căldură în timpul condensării filmului afectează viteza și direcția de deplasare a aburului, impurități, presiunea de vapori, vâscozitatea și densitatea condensului, forma și localizarea suprafeței de condensare. Fluxul de masă al condensului în secțiunea x (Fig.10.5) pe suprafața verticală de condensare:
unde
În secțiunea [0, x], G (kg / s) de condens este condensat într-o secundă și puterea termică este transferată:
unde
unde G = jgl f este debitul masic al condensului de vapori pe suprafața f = x ∙ lZ și care curge prin secțiunea transversală δ (x), lZ.
Din compararea formulelor (13) și (12), obținem
de unde viteza medie a condensului în secțiunea x:
Viteza medie de mișcare a aburului la perete din relațiile (10.10) - (10.13)
De exemplu, pentru un flux de căldură semnificativ q = 1,2⋅10 3 (kW / m 2) cu condensarea vaporilor de apă în condiții normale
Pentru secțiunea peretelui de condens [x, x + dx], debitul
Fluxul local de căldură raportat la aria unității pe segmentul [x, x + dx] are forma
Expresia (10.19) determină fluxul local de căldură după condensare pe o suprafață la un câmp de viteză cunoscut
