Теплообмен при конденсации чистого пара

При соприкосновении пара со стенкой, температура которой ниже 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 естественного движения, когда конденсат не смачивает поверхности стенки. Это обычно наблюдается на поверхности стенок, покрытых тонким слоем масла, керосина или жирных кислот. При капельной конденсации теплоотдача в 5 – 10 раз выше, чем при пленочной. Однако пленочная конденсация имеет наибольший практический интерес, поскольку она встречается преимущественно 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:

для вертикальной стенки или трубы высотой h

(148)

для горизонтальной трубы диаметром d

(149)

где – критерий конденсации; r – теплота конденсации, Дж/кг; с_р – теплоемкость конденсата, Дж/(кг К); а – коэффициент температуропроводности конденсата, м²/с; ν – кинематический коэффициент вязкости конденсата, м²/с.

В этих уравнениях определяющий линейный размер для вертикальных стенок и труб – их высота, а для горизонтальных труб – диаметр; определяющая температура – температура насыщения t_s.

Примерные значения коэффициента теплоотдачи в Вт/(м²·K) для различных условий теплообмена лежат в пределах: нагревание и охлаждение воздуха 1 – 150, нагревание и охлаждение воды 200 – 12000, нагревание пара 25 – 12 5, нагревание и охлаждение масел 50 – 1800, кипение воды 50 — 60000, конденсация пара на смачиваемой поверхности 4 500 – 16000, конденсация пара на несмачиваемой поверхности 40000 – 120 000.