Теплообмен при конденсации

Теплообмен при конденсации

При соприкосновении пара со стенкой, температура которой ниже его температуры насыщения t_s, пар конденсируется. В зависимости от состояния поверхности стенки образовавшаяся жидкость может принимать форму капель или пленки. В соответствии с этим конденсация пара называется капельной и пленочной.
Капельная конденсация происходит в условиях свободного движения, когда конденсат не смачивает поверхности стенки. Это обычно наблюдается на поверхности стенок, покрытых тонким слоем масла, керосина или жирных кислот. При капельной конденсации коэффициент теплоотдачи в 5 ÷ 10 раз выше, чем при пленочной. Однако пленочная конденсация имеет наибольший практический интерес, поскольку именно она чаще всего встречается в различного рода промышленных теплообменных аппаратах. Предполагается, что при ламинарном движении пленки конденсата теплота передается через слой пленки теплопроводностью.
В результате обобщения экспериментальных данных, полученных для различных жидкостей, предлагаются следующие расчетные формулы для определения среднего коэффициента теплоотдачи при конденсации чистого пара и ламинарном движении пленки конденсата:
для вертикальной стенки или трубы высотой h
(148)
для горизонтальной трубы диаметром d
(149)
где  – критерий конденсации  .
В этих уравнениях определяющий линейный размер для вертикальных стенок и труб – их высота, а для горизонтальных труб – диаметр; термодинамические и теплофизические свойства конденсата определяются при температура насыщения t_s.

Интенсивность конвективного теплообмена в значительной степени определяется характером течения жидкости около поверхности тела, которое при свободной конвекции зависит от разности температур тела и окружающей среды, от формы, размера и расположения тела в пространстве.

При изучении свободной конвекции рассматриваются три характерных случая: теплообмен между жидкостью и телом, расположенным в неограниченном пространстве; теплообмен в ограниченных прослойках; совместное протекание естественной и вынужденной конвекции.
При движении жидкости, вызванном свободной конвекцией, на поверхности теплообмена образуется динамический и тепловой пограничные слои. Температура в пограничном слое меняется плавно от температуры на стенке t_с до температуры среды t_ж. Скорость на границе жидкость – твердое тело близка к нулю, а максимальное значение имеет на некотором расстоянии от стенки.
При движении жидкости вдоль поверхности пограничный слой развивается и переходит от ламинарного режима течения в турбулентный.
На основании теории подобия для свободной конвекции в большом объеме была получена критериальная зависимость в виде