ВОПРОС 2. Теплоотдача при конденсации пара

При пленочной конденсации термическое сопротивление практически полностью сосредоточено в пленке конденсата, температура пленки со сто­роны стенки принимается равной температуре стенки t_CT, а со стороны пара — температуре насыщения пара t_n. Предположим, что на плоской поверхности конденсируется пар с образованием слоя конденсата, толщина которого на­много больше радиуса действия межмолекулярных сил (рис.2).

Рис.2. Характер распределения температуры при пленочной конденсации чистого насыщенного пара

Первое слагаемое R_K в уравнении (1) представ­ляет собой термическое сопротивление пленки кон­денсата, а второе R _ф — термическое сопротивление на границе раздела фаз. Появление термического со­противления R _ф обусловлено скачком температуры на границе раздела паровой и жидкой фаз.

Конденсация является результирующим эффек­том двух параллельно протекающих процессов: часть молекул, ударяющихся о поверхность жид­кости, захватываются ею, а часть молекул за то же время испаряется с поверхности и возвращается в пар. В результате в поверх­ностном слое пара толщиной порядка средней длины свободного пробега дви­жутся два неравных потока молекул, имеющих различную температуру. Та­кой слой называется кнудсеновским. Температура пара в этом слое в среднем отличается от температуры поверхности жидкости. Перепад температур в столь тонком слое в теории сплошных сред воспринимается как скачок. За пределами кнудсеновского слоя температура выравнивается.

Чем больше молекул, падающих на жидкость, отражается и не конденси­руется, тем больше скачок температуры. Это учитывается коэффициентом конденсации, который представляет собой отношение числа захватываемых молекул к общему числу молекул пара, ударяющихся о поверхность конден­сата. В общем случае коэффициент конденсации может изменяться от нуля до единицы.

Межфазное термическое сопротивление

(2)

При малом коэффициенте конденсации скачок может быть значитель­ным, особенно при низких давлениях. В последнем случае сопротивление R_ф сопоставимо с термическим сопротивлением пленки конденсата R_K и даже значительно больше последнего. Скачок температуры увеличивается и с увеличением q.

При конденсации водяного пара с давлением р >> 10⁴ Па температурный ска­чок на границе раздела фаз отсутствует и, как следует из уравнения (1),

(3)

(4)

Ламинарное течение жидкой пленки может сопровождаться волновым движением. Частицы жидкости, находящиеся на поверхности пленки, под действием случайных возмущений могут получить смещение, приводящее к деформации поверхности и отклонению ее от равновесного состояния. При стекании пленок большое значение имеет сила, обусловленная поверхност­ным натяжением жидкости. При этом возникают силы, стремящиеся вернуть жидкие частицы к положению равновесия. Однако по инерции они будут про­ходить положение равновесия. На это движение накладывается действие сил тяжести. В результате на поверхности пленки будут образовываться волны. При малых числах Рейнольдса возникающие в слое возмущения сносятся вниз по течению. Если же число Рейнольдса пленки больше некоторого пре­дельного Re_волн, то образуется устойчивый волновой режим.

При периодическом волновом движении пленки, стекающей по верти­кальной поверхности под действием сил тяжести,

Различают конденсацию движущегося и неподвижного пара. При про­дольном движении силы трения, возникающие на границе раздела фаз, мо­гут как подтормаживать, так и ускорять пленку конденсата в зависимости от взаимного направления движения конденсата и пара. Конденсирующий­ся пар не может быть абсолютно неподвижным, т. к. плотность жидкой фазы ρ_ж отличается от плотности паровой ρ_п. Строго говоря, пар всегда нахо­дится в движении. При конденсации пара происходит как бы его отсос через межфазную границу. Если пар движется вдоль пленки с небольшой скоро­стью, то он не оказывает заметного динамического воздействия на пленку конденсата и может считаться неподвижным.

Дата добавления: 2014-01-04