Глава 19. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА НА ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

19.1. ПЛЕНОЧНАЯ И КАПЕЛЬНАЯ КОНДЕНСАЦИЯ

При конденсации пара на поверхности охлаждения жидкая фаза (конденсат) выпадает в виде сплошной пленки или отдельных капель. Пленочная конденсация возникает на поверхностях, смачиваемых выпадающим конденсатом, капельная конденсация — на несмачиваемых поверхностях охлаждения.

При пленочной конденсации на вертикальной, достаточно длинной стенке (рис. 19.1) в верхней части пленки, когда ее толщина и соответственно скорость течения невелики, имеет место чисто ламинарное движение с плоской границей раздела фаз. В дальнейшем на поверхности пленки начинают возникать волны, приводящие к некоторому уменьшению средней толщины пленки конденсата. Под влиянием волнообразования и общего увеличения толщины скорости течения пленки в последней начинают развиваться сначала квазитурбулентные, а затем и турбулентные пульсации.

При турбулентном течении волны имеют обычно пилообразный характер с глубоким проникновением в глубь течения (рис. 19.2). Однако на осредненные характеристики течения эти волны влияют мало.

На поверхности конденсата устанавливается температура, практически равная температуре насыщения. Например, в случае конденсации чистого водяного пара при атмосферном давлении переохлаждение поверхности конденсатной пленки по сравнению с температурой насыщения составляет 0,02-0,05 К.

При капельной конденсации значительная часть поверхности охлаждения свободна от макроскопических слоев жидкости. Вследствие этого коэффициенты теплоотдачи при капельной конденсации паров неметаллов значительно выше, чем при пленочной.

Например, коэффициенты теплоотдачи при пленочной конденсации водяного пара атмосферного давления имеют порядок , а при капельной конденсации — . Практически в современных конденсаторах всегда происходит пленочная конденсация паров. Исключение составляют конденсаторы ртутного пара, в которых обычно имеет место капельная конденсация.

Рис. 19.1. Схема течения пленки конденсата на вертикальной поверхности

У паров металлов различия в интенсивности теплоотдачи при пленочном и капельном типах конденсации практически стираются, так как термическое сопротивление жидкометаллической пленки оказывается весьма малым. При наличии в паре примеси инертного газа у поверхности конденсата образуется диффузионный пограничный слой, существенно влияющий на скорость притока конденсирующегося пара к поверхности охлаждения и тем самым уменьшающий скорость конденсации.