Теплоотдача при конденсации

Переход вещества из газообразного состояния в жидкое называют конденсацией. Различают конденсацию в объеме пара или парогазовой смеси и конденсацию на поверхности твердого тела или жидкости, с которыми пар находится в контакте. Чаще на практике встречается поверхностная конденсация (конденсаторы турбин, теплообменные аппараты и др.).

Конденсат выпадает на поверхность твердого тела в виде сплошной пленки или в виде отдельных капель жидкости, т. е. конденсация может иметь пленочный или капельный характер. Возможна и смешанная конденсация, при которой на различных участках поверхности наблюдаются как пленочная, так и капельная конденсации.

Освобождающаяся при конденсации теплота передается холодной поверхности. При пленочной конденсации пар отделен от стенки тонким слоем конденсата, который создает значительное термическое сопротивление тепловому потоку. При капельной конденсации возможен непосредственный контакт пара со стенкой, и поэтому теплообмен протекает во много раз интенсивнее, чем при пленочной конденсации (в 5−10 раз).

На рис. 3.9, а представлен процесс пленочной конденсации на вертикальной поверхности. По мере стекания конденсата по высоте И количество конденсата увеличивается, соответственно возрастают толщина пленки б и средняя по толщине скорость течения конденсата. При значениях числа Рейнольдса Re = W/v, превышающих Re^ = 400, ламинарное течение переходит в турбулентное.

На коэффициент теплоотдачи оказывает влияние направление движения пара. Движение пара вдоль вертикальной стенки вниз увеличивает скорость течения пленки, уменьшает ее толщину и увеличивает коэффициент теплоотдачи. При противоположном движении пара и пленки наблюдается обратный эффект.

В многорядных пучках труб конденсат стекает с верхних рядов на нижние, и пленка становится все толще, а, а — все меньше (рис. 3.9, б, в). Для борьбы с этим явлением разработаны наивыгоднейшие комбинации расположения труб в пучке (например, в конденсаторах паротурбинных установок). Наибольшее значение, а имеет при ромбическом расположении труб под углом 60° в пучке, повернутым на угол ц/. Такая схема носит название схемы Жинаба (рис. 3.9, г).

Рис. 3.9. Изменение коэффициента теплоотдачи по высоте пластины при пленочной конденсации пара (а) и схемы расположения труб в конденсаторах: б — коридорная; в - ромбическая; г — ромбическая с утонченной пленкой (схема Жинаба) Большое влияние на интенсивность теплоотдачи при конденсации оказывает содержание в паре газов. Скапливаясь у теплоотдающих или тепловоспринимающих поверхностей, газы резко уменьшают коэффициент теплоотдачи (за счет малого значения их теплопроводности). Так, например, наличие в паре 2% воздуха уменьшает, а примерно в 3 раза. Поэтому в теплообменниках с двухфазной средой предусматривают отсос газов и продувку застойных зон.