Конденсации движущегося

Капиллярная конденсация влаги обусловлена тем, что упругость паров над поверхностью жидкости зависит от кривизны мениска. Если сравнить давление насыщенных паров над плоской, выпуклой и вогнутой поверхностями воды, то оказывается,, что наибольшим оно будет над выпуклой поверхностью, а наименьшим — над вогнутой поверхностью. В случае вогнутого мениска упругость насыщенного водяного пара над ним значительно отличается от упругости паров воды над плоской поверхностью. Так, на воздухе при 15° С и давлении 0,1 Мн/м2 упругость насыщенного пара над плоской поверхностью равна 1,7 кн/м2 и конденсация происходит при 100%-ной относительной влажности; над мениском с радиусом кривизны 1,2- 10~6 мм упругость паров воды уменьшается до 667 н/м2 и конденсации паров воды происходит при 39%-ной относительной влажности.

В случае конденсации из молекулярного потока на сравнительно холодную подложку, равновесная упругость пара при температуре подложки много ниже упругости пара, соответствующей температуре источника. Поэтому конденсация происходит независимо от состава поверхности сконденсированного слоя, т. е. независимо и от диффузионных процессов в нем. При этом слой растет пропорционально количеству доставленного из паровой фазы материала. Если мощность источника постоянна, то скорость доставки материала к подложке v тоже постоянна, и рост слоя следует линейному закону.

Для получения покрытия этим методом можно использовать два совершенно разных процесса. В первом случае металл в .виде стержня, проволоки или металл, находящийся в тигле, нагревается под действием электрического тока электроотражательным или электродуговым методом до газообразного состояния. Металлические молекулы пара прямолинейно пересекают вакуумную камеру от их источника. Конденсация происходит на любой охлажденной поверхности, находящейся на пути прохождения потока молекул. Изделие необходимо вращать, чтобы все его участки подверглись осаждению молекул пара, и(или) применять многочисленные источники образования пара, размещая их в разных частях вакуумной камеры.

с более высоким давлением, в которой они конденсируются. Конденсация происходит со значительной скоростью, и частицы жидкости, заполняющие полость конденсирующегося пузырька, стремятся к его центру с нарастающей скоростью. В момент завершения конденсации кинетическая энергия частиц жидкости переходит в давление, вызывая местный гидравлический удар. Процесс вскипания в местах падения давления, вызванного динамикой потока, и конденсации, сопровождающейся местными гидравлическими ударами, носит название кавитации. Гидравлические удары в момент завершения кавитации вызывают эрозионное разрушение материала стенок; при этом имеют место также явления коррозионного характера, связанные с удалением при гидравлическом ударе пассивирующей плёнки с поверхности материала.

Капельная конденсация происходит на поверхности охлаждения, не смачиваемой конденсатом, и характеризуется образованием на ней большого числа капель, которые, достигая определенного размера, скатываются с поверхности охлаждения.

Реальные поверхности неоднородны в отношении смачиваемости, т. е. различные микроучастки смачиваются по-разному. Капельная конденсация происходит, когда большая часть поверхности не смачивается конденсатом, и характеризуется образованием на ней значительного числа капель различных размеров [1, 2]. Капли обновляются в результате отрыва или скатывания их по поверхности охлаждения — этот процесс довольно упорядоченный. Отрывной диаметр капель при этом определяется физическими свойствами конденсата и поверхности, а также ориентацией поверхности охлаждения в пространстве. Следует отметить, что диаметр основания капли тем меньше по сравнению с ее диаметром, чем больше краевой угол смачивания 0.

Контактное термическое сопротивление ^Конт изучено мало. Имеются сведения [4, 7], что при конденсации достаточно чистых паров металлов на поверхностях, свободных от различного рода загрязнений, контактное термическое сопротивление пренебрежимо мало. Однако в тех случаях, когда конденсация происходит на окисленных или обработанных промотором ' поверхностях, необходимо при расчетах учитывать термическое сопротивление переходного слоя.

бидно, что выпадение столь малого количества влаги не может заметно сказаться на параметрах течения. Следовательно, как отмечалось и ранее, результаты расчетов показывают, что извне привнесенные ядра конденсации играют исчезающе малую роль в образовании жидкой фазы. Поэтому можно считать, что в быстродвижущихся потоках практически вся конденсация происходит на поверхности «собственных» устойчивых зародышей, количество которых весьма велико.

Поскольку конденсация происходит в условиях теплообмена, приводящего к охлаждению газа, то удобнее иметь зависимость парциального давления конденсирующегося пара от температуры.

Решетки турбин часто работают в нерасчетных условиях, т. е. при изменяющихся углах входа потока, числах Маха и Рейнольд-са и т. д. Представленная на рис. 3.3, а схема расположения возможных зон конденсации в межлопаточных каналах сопловых решеток не сохраняется при изменении геометрических и режимных параметров. Так, при увеличении относительного шага лопаток давление и температура вблизи минимального сечения падают, а за выходной кромкой растут. Можно предположить, что в таких решетках основная масса мелких капель возникает вблизи спинки, а роль вихревых кромочных следов в процессе конденсации оказывается менее значительной. Существенные изменения угла входа потока также приводят к иному механизму конденсации. В зависимости от угла входа ао при обтекании входных кромок возникают диффузорные участки и отрывы пограничного слоя, генерирующие вихревое движение. Одновременно при изменении углов входа потока меняется интенсивность концевых вихревых шнуров. Если углы входа меньше расчетного (ао<аор), интенсивность концевых вихрей возрастает и, наоборот, при ао>оор—падает. В первом случае (рис. 3.3, б) конденсация происходит в трех вихревых шнурах: в двух концевых и в вихре, расположенном на входной кромке IV. Во втором — основное значение имеет переохлаждение в вихре на входной кромке (рис. 3.3, в). При нерасчетных углах входа возможно появление отрывных областей на спинке в косом срезе V. Опыты подтверждают, что в таких областях возникает наиболее интенсивная конденсация.

удельного расхода по высоте. Следует дополнительно учитывать, что в корневых сечениях возможна интенсивная конденсация, так как прикорневая область в сопловой решетке характеризуется минимальными температурами. Особенно интенсивно конденсация происходит при возникновении отрывов в корневых сечениях сопловой или рабочей решетки на нерасчетных режимах или в результате неудачного выбора способов закрутки лопаток.

12-3. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ПАРА 8НУТРИ ТРУБ

12-4. ТЕПЛООБМЕН ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ПАРА НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ОДИНОЧНЫХ ТРУБАХ И ПУЧКАХ ТРУБ

В § 12-2 была рассмотрена теплоотдача при конденсации неподвижного пара на наружной поверхности одиночной горизонтальной тру-•бы. Для промышленной практики важны данные о теплоотдаче при конденсации движущегося пара. Как показывают теоретические и экс-•периментальные исследования, при движущемся паре теплоотдача горизонтальной трубы изменяется, В опытах [Л. 8] насыщенный пар протекал сверху вниз и поперечным потоком омывал горизонтальную трубу. Некоторые результаты опытов представлены на рис. 12-И в виде зависимости a/ajv = f(Ren,ДО- Здесь a — опытный коэффициент теплоотдачи при конденсации движущегося пара; ajv — коэффициент тешю-ютдачи, вычисленный по формуле Нуссельта (12-24) для неподвижного ' •пара; Ren=iZ7ird/Vn, где шп-—средняя скорость пара в суженном сечении канала; d—наружный диаметр трубы.

Интенсифицирующее воздействие скорости пара проявляется и при Re*>3,3- 10~3. Однако при значительных температурных напорах средний коэффициент теплоотдачи при конденсации движущегося пара мало отличается от ао.

12-2. Теплообмен при пленочной конденсации неподвижного пара . . . 270 12-3. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара внутри труб 279' 12-4. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара на горизонтальных одиночных трубах и .пучках труб ....;.. 283-

При полной конденсации паров N2O4 в вертикальной трубе, согласно опытным данным [6.2], при 4—7,5 бар переход к турбулентному режиму происходит при числе Re порядка 500. Эта величина совпадает с данными [6.8] (рис. 6.Д) и может быть принята для расчетов по конденсации движущегося и неподвижного пара ЫаО4. Появление одиночных кольцевых волн с большой амплитудой на пленке жидкости (Рг=4—5>, стекающей в неподвижной газовой среде, наблюдается при числах Re = 600—800 [6.6]. Появление таких волн резко увеличивает приве-

по которому при Re = 4—5е„=1,апри Re = 500 е„= 1,21, т. е. соответствует теоретически вычисленным значениям. Переход к нестационарному, трехмерному, режиму течения, наиболее вероятному при конденсации движущегося пара, повлечет за собой дальнейшую интенсификацию процессов переноса. Поэтому в околокритической области течения (Re = 400—500) е„>1,21, что подтверждается большинством экспериментальных исследований i[6.4, 6.13, 6.15], согласно которым 8г>^ 1,6—1,7. Более значительное влияние числа Re на интенсификацию переноса в пленке при развитии волнового движения по сравнению с теоретическим показывают и опыты по абсорбции газов [6.16, 6.17]. Н. В. Зозулей [6.4] на основании результатов многих экспериментальных работ по конденсации пара на вертикальных трубах рекомендованы за-

Основное различие в подходах к решению задачи теплообмена при конденсации на вертикальной поверхности и в вертикальной трубе в условиях ламинарного режима течения пленки конденсата под совместным действием гравитационных сил и касательных напряжений, возникающих на границе раздела фаз, заключается в способах определения и учета сил, действующих на пленку. Для упрощения решения, а также в связи со слабой изученностью влияния парового потока на движение пленки конденсата и теплоперенос в ней обычно пренебрегают влиянием того или иного фактора: сил тяжести [6.40— 6.42], поперечного потока пара '[6.43, 6.44 и др.] и т. д. Однако почти все работы по конденсации движущегося пара имеют характерный недостаток — касательные напряжения на границе раздела фаз определяются по формулам, рекомендуемым для сухих гладких или шероховатых поверхностей [6.44—6.48] и справедливым для двухфазного кольцевого течения лишь в случае чрезвычайно малой толщины пленки, когда отсутствует волновой режим течения или амплитуда волн не превышает толщины ламинарного слоя парового потока. В остальных случаях волнового режима сопротивление трения во много раз превышает сопротивление для гладкой твердой поверхности, что должно соответствующим образом отразиться на характере течения пленки и теплопереноса в ней. Имеющиеся расчетные рекомендации по теплообмену в рассматриваемой области удовлетворительно обобщают опытные данные', по-видимому, за счет корректирующих эмпирических поправок. Поэтому естественно расхождение расчетных и опытных данных, полученных при конденсации паров веществ с иными теплофизиче-скими свойствами и отношением Re'VRe, даже при соблюдении внешних условий (Re", AT, q, P).

В данном выражении представляется необоснованным введение симплекса (ц,/ц")8, что оправдано лишь при конденсации движущегося пара высокого давления /[7.28]. Более предпочтительно вместо двух параметров /Cf и С4°о использование одного кинетического параметра — числа Дамкеллера Dax=/
6.13. Шекриладзе И. Г., Мествиришвили Ш. А. Исследование процесса пленочной конденсации движущегося пара внутри вертикального цилиндра. В сб. «Вопросы конвективного теплообмена и чистоты водяного пара». М., Госэнергоиздат, 1970.

6.17. Берман Л. Д. О теплоотдаче при пленочной конденсации движущегося пара. «Теплоэнергетика», 1966, № 7.