В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 56
Текст из файла (страница 56)
ясляется чистим. Конденсация насыщенного илн перегретого пара на твердой поверхности тяплообмена происходит„ если температура поверхности меньше температуры насыщения при данном давлении.На поверхности мажет образоваться пленка конденсата с толщиной, намного превышающей расстояние эффективного действия межмолекулярных шлл.
В ряде случаев поверхность тела может быть накрыт» атдсльнымн кап. лами конденсата. Первый вяд конденсапни, когда жидкая «овденсированная фаза образуется па поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки, называется иле но ч ной конденсацией, а второй — когда происходит йба образование капель — капельиой. Пленочная конденсации имеет место, если конденсат смачивает данную поверхность теплообмена. Если же конденсат не смачивает поверхнпсть, то происходит капельная конденсация. Емачизаемость обычно характеризуют краевым углом О, образованным поверхностью жидкости н поверхностью твердого тела, грани- чащах с неноторой третьей средой — в данном случае С парам (рис.
12-1). В предположении, что актуальны тельна капиллярные силы, состояниее равновесия капли определяется уравнением ' (12-1] а...= а,, „,+ аж,, соз 0, Если а...>а... т. е. сачи поверхностное натяжение ыежду газом и стенкой больше, чем между твердым телом и жидкостью, краевой угол 0<90"; в этом случае говорят, что жидкость смачивает твердую поверхность. При аь.<а*, краевой угол 0>90', жидкость не смачивает стенку. Абсолпьные смачизаемость н несмачиваемость характерн- зуютея соответственно кра- т евыми углами 0=0 н 0= а — 180'. жодвегвм реально праявляготся д У - С промежуточные случаи ча- стичного смачивания (0< а Пгмдгмв <90') или частичного не- У смачнвання (0>90').
Г!ри установившейся работе конденсапионных Рнс 12 ! Г, опредевевн о «реевого уг н устройств вода, как прави- до, смачивает поверхноств теплаобмена, и происходит пленочная конденсация. Капельпая конденсация наблюдается при пуске теплообменного аппарата, когда на поверхностях стенок ныеются различные, в там числе и масляные, загрязнения, прн конденсации ртутного пара н в некоторых других случаях. Капельная конденсация может быть вызвана с помопшю специальных веществ, называемых лиофобизаторамм (прн конденсации водяного пара — гид р о ф о б и з а т о р а м и) . Эти вещества наносятся на поверхность теплообмена или вводятся в пар.
Прн капельной конденсации водяного пара теплоотдача может быть во много раз больше, чем при пленочной. Вто объясняется теы, что пленка мондснсата является большим термическим сопротивлением передаче тепла фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. Прн капельной конденсации в силу разрыва оленки это.сопротивление гораздо меньше. В общем случае поыимо термического сопротивления конденсата можно выделить дополнитеЛьное Сопротивление.
Будем полагать в дальнейших рассуждениях, что ппверхность конденсации плоская (ялн достаточно блиакая к плоской) н толщина слоя ' В общем сну же крае он упж опредевна:с» не токеко кепгьтвнрнммн, но н дру- гвм юемн, рюыженнм в к капле Например, силой твжеспг, дивамв еск м кепарем дене утпегос» газа н т яонденсата. находящегося яа степке, намного больше радиуса действия межыолекулярных сил (рис. 12-2). Термическое сопротиш~ение передаче теплоты от пара к стенке можно представить в виде суммы двух слагаемых: )(— = " "= — =.)(,+)(ф, д,— ц ! ч (1 2-з( где („н (ь--соответствешю теьшературы пара и поверхности стенки, Л вЂ” плотность теплового потека;и†коэффициент теплоотдачи от пара к стенке.
В уравнении (12-2) первое слагаемое )т представляет собой т е рмическое сопротивление пленки конденсата. Второе слагаемое ЯЕ, которое назовем термическим сопротивлением н а гр винце р вздела фаз (межфэзиым термическим сопротивлениеы), не является терыическим сопротивлениеы в его обычном пониыании. Появление этого сопротивления обусловлено скачком температуры на границе раздела паровой и жидкой фаз.
Рассмотрим физическую природу скачка температур. Видимая конденсация является результирующим эффектом процессов конденсации совокупности молекул, ударяющихся о поверхность зкидкости и захватываемых ею (коиденсируюгцихся) и испарения молекул, отрывающихся за то же ерема с той же поверхности.
Превышение количества аахзатываеыых молекул над количествоы испускаеыых и приводит к видимОму процессу конденсации. Не асе молекулы, достигаюп ае поверхности жидкости, ыогут быть захвачены ею. Часп ыолекул может отразнтьса от поверхности и возвратитьси в пар. Энергия отраженных молекул в общеы случае может быть меньше энергии падающих (см. й 11-5).
В результате в поверхностном слое пара толщиной порядка средней длины свободного Ц пробега днижутся два неравных потока ыолекул, имеющих различвую температуру (эиер- е 111 гию). Такой слой называется киудсеиов- -«"ььэгам скин. Температура пара вэтом'слое в среднем )(( отличается от температуры поверхности жидкО- ~! ~ сти. Перепад температур в столь тоикоы слое а в теории сплошных сред аоспрннимается как скачок.
За пределамн киудсеноваюго паоя из-эа а соударений молекул температура въ~равниваетсв. Чем больше ыолекул, падающих иа жид- Рас. 1Х-З. Хавактев раскоСть, отйажаетса, ве кондексиРУЯсь, тем боль- ~~'ш~~~"""а "™"~~~'„'-'зм ше скачок температуры. Это учитывается козф. ав» ваеаглша коиаексафициентом коилеисацни. Коэффициент кои- опара. я е н с а п и и представляет собой отношение чисэа захватываемых ыолекул к общеыу числу молекул пара, ударяющихся о поверхность конденсата. В общем случае коэффициент конденсации ыожет изыеняться от нуля до единицы. Поток пара, проходящий через кнудсеиовский слой к поверхности жидкости, будет равен р гнв от жидкости в пар †а сапом здесь сз — норышпная к поверхности жидкости составляющая средней скорости молекул.
Результирующий поток, отнесенный к еливнце поверхности, будет )= (р с, — р, с,. ь ), кг/(ыа.с). Из кинетической теории газов следует, что е„=)Глз! !2я. Умножая ) на коэффициент конденсации й и подставляя значения Р,е„, и Р„,сэ„„, изюме по паРаметРам паРа и повеРхностн жидкости, полУчим уравнение Герца — Киудсепа: (! 2-3) здесь Т, и Т ь — соответственно температуры пара и поверхности конДенсата; Рз, Рзь, — Давление насыщенного паРа соответственно пРп температурах Т и Тю ! 1!ч †газов постоянная пара; Э в коэффициент конденсации; р =р ~2 Т; Р,=Р мй Т Формула (12-3) получена для сравнительно пРостой молекулярно1! модели. Дальнейшие уточнения показывают, что коэффициент конденсации в этой формуле должен быть эаыенен функцией й/(! — 0,43) (Л. 130).
Межфаэное терывческое сопротивление Определяют следующим образом: Т вЂ” Т„ л! (12-4) ! — г, ! )(мз мз — )! . э (12-5) Полагая, что переносимая через фазовуза границу теплота д есть только теплота фазового перехода, можно написать д=г/, гле ! определяется по уравнению (!2-3), г — теплота фазового перехода. На рис. 12-3 цриведены зна- чения скачпа температуры ф „и ю ! ~ ' — !п в в зависимости от давления кондепспрузощегося водяного пара и значения коэффициента конденсации й при д 29000 Вт/кл (Л. 6). Как следует из графиков, при малом коэффициенте конденсации скачок может быть Йв — значительныы, особенно при низк=цлззвгр ких давлеиинх. В последнем слу=епм р чае сопротивление Йе мажет быть сопоставимым с термиче.
з М . скин сопротивлением пленки кон- денсата Яз и даже значительно л большим последнего. Скачок юлл вв температуры увеличивается н а с увеличением ф элла ем пу ! Иэ ряда экспериментальных Рве. гз-з. Взяяяке зезкчпеы ксзззукпзелтз исследований вытекает, что при казлезсапзз к лазлеззя пара нз скачек ксндснеации чистого водянОгО текеературм г — ч пара с давлением приыерно рь >!О' Па с достаточным приближением можно считать, что температурный скачок на границе раздела фэа отсутствует и, как следует нз уравнения (12-2), Ввиду иедостаточностй данных о коэффициенте конденсации последнее соотношение часто используют и при расчете конденсации паров других неметаллнческих жидкостей.
Термическое сопротивление пленки конденсата йк зависит от режиыа течения. Поперек ламинарно текущей пленки теплота'переносится теплопроводностью, через турбулентную †дополнитель и конвекцией. Переход от лаыинарного течения пленки к турбулентному определяют по величине числа Рейнольдса пленки. Для пленки' где щ — грецкая скорость течения пленки в рассматриваемом попереч. ном сечении; б — толщина гшенни конденсата в этом же сечении; т— кинематический коэффициент вяэкости конденсата. Вычислеивмй таким образом критерий Рейиольдса являетсв местной величиной. Опытные данные различных авторов показывают, что критическое число Рейнольдса может изменяться в пределах примерно от бб до 500.
Наиболее вероятныы знагепием Ее,э длн случая конденсации практически неподвижного пара яа вертикальной поверхности полагают величину К Ее э=-400. Ламинарное течение жилкой пленки может сопровождаться волновым двюкением — рис. ВР4. Частицы жидкости, паходящаеся на поверхности пленкн, под лействиеы сггучайвьгх возмущений могут по. лучить сыещеиие, приволяшее к дефорыапии поверхности и отклонению ее от равновесною состояния. При этом воаникают силы, стремяшиеся вернуть жидкость К равновесию. При стекании пленок большое значение имеет сила, обусловленная повсркностным натяжением жвлкости.Пок пейсгвием восстанавливающих снл жидкие шстици стрелгптся вернуться л к положению равновесия. Опнако па инерции они рве гзл пг„„ко. будут проходить положение равновесия, вновь испы- е тэ экие пневтывать действие восстановительных сгш и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
