Виды конденсации, равновесие капли конденсата на поверхности, термическое сопротивление при пленочной конденсации. Режим течения конденсата в пленке.

Конденсацией называется процесс фазового перехода пара в жидкое или твердое состояние. При конденсации выделяется тепло фазового перехода. Конденсация происходит при охлаждении или (и) сжатии пара при таких температурах и давлениях, когда конденсированная фаза становится более устойчивой, чем газообразная.

Пар конденсируется в жидкость, если температура и давление больше их критических значений для данного вещества. Пар сублимируется или в твердую фазу, если температура и давление меньше их критических значений, соответствующих тройной точке (рис.1.).

 

Процесс конденсации пара при отводе тепла и условиях , представлен на рис.10.2

Конденсация может происходить на охлаждаемой поверхности или в объеме.

При конденсации количество молекул пара, попавших в жидкость, из пара и оставшихся в ней за единицу времени N_l меньше или равно количеству молекул пара попавших на поверхность жидкости N_gl. Некоторое количество молекул N_g из жидкости попадает в пар. Отношение величин N_l и N_gl

(10.1)

находится в диапазоне 0£K£1 и называется коэффициентом конденсации. При К=0 масса конденсата остается постоянной – устанавливается динамическое равновесие.

Конденсация насыщенного на твердой поверхности происходит при температуре поверхности меньшей, чем температура насыщения при данном давлении. Перегретый пар охлаждается до Т_П=Т_Н, а затем может конденсироваться.

Если конденсат смачивает поверхность теплообмена, то на поверхности вначале образуется тонкая пленка жидкости, наблюдаются флуктуации толщины этой пленки. По мере осаждения конденсата, толщина пленки растет. В поле сил тяжести пленка растекается. При непрерывном процессе масса стекающей жидкости восполняется массой конденсирующегося пара. Образование на поверхности сплошной устойчивой пленки конденсата называется пленочной конденсацией. Образование конденсатной пленки на поверхности создает существенное термическое сопротивление передаче тепла от пара к более холодной стенке.

При некоторой, критически малой, толщине пленки (порядка микрона) на несмачиваемой поверхности пленка разрывается на капли. Капли образуются вблизи микронеровностей, неоднородностей поверхности, где действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся уменьшить поверхность капли. Вбирая в себя конденсат, капли растут. Они могут скатываться на наклонной поверхности под действием сил тяжести. Образуются новые капли. Такой процесс называется капельной конденсацией. При капельной конденсации, из-за отсутствия термического сопротивления сплошной жидкой пленки, теплоотдача может увеличиваться в 5 – 10 раз, по сравнению с пленочной конденсацией, что необходимо учитывать при теплотехническом расчете конденсационных аппаратов.