Вопрос 3. Физические процессы при конденсации

Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения, то пар конденсируется и конденсат оседает на стенке. При этом различают 2 вида конденсации: капельную, когда конденсат осаждается в виде отдельных капель, и плёночную, когда на поверхности образуется сплошная плёнка жидкости.

Капельная конденсация возможна лишь в том случае, если конденсат не смачивает поверхность охлаждения. Искусственная капельная конденсация может быть получена путём нанесения на поверхность тонкого слоя масла, керосина или жирных кислот или путём примеси этих веществ к пару. При этом поверхность должна быть хорошо отполирована. При конденсации чистого пара смачивающей жидкости на чистой поверхности всегда получается сплошная плёнка.

В промышленных аппаратах – конденсаторах – иногда возможны также случаи смешанной конденсации, когда в одной части аппарата получается капельная, а в другой – плёночная конденсация.

Для организации стационарного процесса конденсации пара теплоту необходимо непрерывно отводить от поверхности охлаждения. В целом интенсивность теплоотдачи при конденсации пара оказывается достаточно высокой. Если в паре содержится примесь газа (воздуха) скорость конденсации заметно снижается. Газ постепенно накапливается около поверхности и это затрудняет доступ новых порций пара к поверхности.

В определённых условиях конденсация может происходить также внутри объёма пара или парогазовой смеси. Например, выпадение дождя является следствием процесса объёмной конденсации водяного пара из влажного воздуха.

Билет №18

Вопрос 1. Закон Стефана-Больцмана

Закон был установлен опытным путем Стефаном (1879) и обоснован теоретически Больцманом (1881). Он устанавливает зависимость плотности потока интегрального излучения от температуры. Для абсолютно черного тела имеем:

В результате интегрирования:

где – постоянная Стефана-Больцмана,.

Это закон Стефана-Больцмана. В технических расчетах он применяется в более удобной форме:

где – лучеиспускательная способность абсолютно черного тела;=5,67.

Следовательно, энергия излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Строго этот закон справедлив лишь для абсолютно черных тел, однако опыты показывают, что он применим и для реальных тел:

где – степень черноты.

Когда теплообмен происходит в узком (избирательном) селективном диапазоне длин волн он зависит от температуры поверхности, от температуры газа, парциальных давлений отдельных компонентов газовой смеси, концентрации компонентов, объемной доли компонентов.

При рассмотрении теплообмена используют уравнение основанное на законе Стефана-Больцмана, но поглощательную характеристику или степень черноты системы газ–твердое тело необходимо находить из графических зависимостей, если известны геометрические характеристики объема топки, средняя длина пути луча.

Вопрос 2. Теплоотдача при пленочной конденсации

Конденсация происходит, если есть зона либо поверхность с температурой ниже температуры насыщения. Пленочная конденсация – конденсация в жидком состоянии на гидрофильной (хорошо смачиваемой) поверхности твердого тела, при которой образуется сплошная пленка жидкости.

При пленочной конденсации теплота пара передается поверхности пленки конденсата, представляющей собой значительное термическое сопротивление.

Коэффициент конденсации – это отношение числа молекул, захватывающихся поверхностью теплообмена к общему числу молекул, поступающих к этой поверхности. Коэффициент изменяется от 0 до 1.

Необходимое условие конденсации – пересыщенный пар: – отношение давления компонента к максимально возможному (ненасыщенный,пересыщенный,насыщенный)

При рассмотрении теплообмена при фазовом переходе необходимо учитывать режим течения пленки конденсата на поверхности: ламинарное, турбулентное, переходное. При определенных направлениях или расположении поверхности нагрева пленка конденсата может увеличиваться по толщине или уменьшаться. Чем толще, тем меньше теплоотдача.

1.Пленочная конденсация на вертикальной поверхности: