Капельной конденсации

Расчет теплоотдачи при поперечном обтекании одиночного цилиндра капельной жидкостью можно производить по следующим формулам [4]:

6-11. Определить отношение коэффициентов теплоотдачи при поперечном обтекании одиночного цилиндра капельной жидкостью в условиях нагревания (<хн) и охлаждения (а0х) жидкости.

Из формулы (9.7) видно, что коэффициенты теплоотдачи к газам, обладающим малой теплопроводностью, будут ниже, чем к капельным жидкостям, а тем более к жидким металлам. Ориентировочно значения а к газовым средам, например к воздуху, лежат в пределах от 10—20 Вт/(м2-К) при отсутствии вынужденного движения до 50— 100 Вт/(м2-К) при скоростях течения порядка десятков метров в секунду. При омывании тел капельной жидкостью, особенно водой, теплопроводность которой много выше, чем воздуха, значения коэффициента теплоотдачи на 1—2 порядка больше, т. е. вполне достижимы значения а» 1000 Вт/(м2-К). Если же такие высокие значения а получены на основании расчетов для воздуха, то скорее всего в расчетах допущена ошибка.

Это обстоятельство накладывает серьезное ограничение на возможность точного моделирования, так как выполнить точное подобие процессов конвективного теплообмена в широком интервале изменения рода жидкости и температурных параметров процесса не представляется возможным. В частности, это приводит к тому, что при точном моделировании возможность замены газа капельной жидкостью практически исключается из-за неподобия полей-физических параметров в образце (газ) и модели (капельная жидкость).

Зависимость eK=f(
Если прослойки заполнены капельной жидкостью, то вторые члены в (6-21) и (6-22), учитывающие влияние теплового излучения, отла-дают; в этом случае ЯЭфф=екА. В воздушных же прослойках относительное влияние теплового из* лучения может быть существенным. Поэтому, если они предназначаются для уменьшения тепловых потерь, необходимо, чтобы тепловое излучение было минимальным. Этого можно добиться снижением излучательной способности стенок. Однако наиболее эффективным средством в этом случае являются экраны из какого-либо тонкого материала (жести или фольги). При этом обычно уменьшается также конвективный перенос тепла, так как экраны снижаюл; интенсивность конвективного движения газа* Такой способ нашел.

Наконец, когда стенка омывается капельной жидкостью, например, водой, тогда а„ = = 0 и а0 = ак. В дальней-шем, если нет особой оговорки, буквой а мы будем обозначать общий или сум-

Если прослойки заполнены капельной жидкостью, то вторые члены в формулах (6-21) и (6-22), учитывающие влияние теплового

Попытаемся расшифровать эти строки его характеристики. Прежде всего разберемся в терминах «однородное» и «неоднородное» псевдоожижение. Однородное относится к условиям, в которых частицы равномерно распределены в среде и слой расширяется тоже равномерно. Это однородное псевдоожижение свойственно лишь кипящим слоям, сжиженным капельной жидкостью. В данном случае может возникнуть логичный вопрос: почему? Но, к сожалению, именно на него-то современные теории ответить не могут.

Если ограничить «свободу» продуваемого газом слоя крупных частиц (с помощью сетки, установленной сверху, не дать ему возможности расширяться, а частицам двигаться), создав таким образом «зажатый» слой, то с ростом скорости фильтрации газа коэффициенты теплообмена будут только увеличиваться (порозность останется неизменной), значительно превышая а кипящего слоя. Дурной пример заразителен: точно так же будут вести себя и слои, «продуваемые» капельной жидкостью, например водой.

Если поверхности теплообмена омываются капельной жидкостью или неизлучающим газом, то коэффициенты теплоотдачи czj и а2 учитывают только теплоотдачу конвекцией (а = а.кон) и вычисляются по формулам, приведенным на стр. 143—152.

металла (дождь, обливание конструкции водой или другим электролитом) или физической капельной конденсации влаги, которая происходит при относительной влажности воздуха, близкой к 100%.

Если помимо сил сцепления между отдельными частицами водяного пара (когезия) появляются более высокие силы сцепления молекул воды с твердой поверхностью (силы адгезии), то-увеличивается возможность конденсации молекул водяного пара именно на поверхности такого твердого тела. Адсорбционная конденсация, т.е. образование тончайшего слоя молекул Н20, связанных с поверхностью металла силами адсорбции, предшествует процессу капельной конденсации и может происходить при относительной влажности ниже 100%. В зависимости от состояния металлической поверхности, при влажности немного ниже.

Сухая атмосферная коррозия при появлении па металлической "поверхности тончайших пленок влаги может легко перейти во влажную атмосферную коррозию, а иногда при капельной конденсации или попадании на металл брызг воды — в мокрую атмосферную коррозию.

Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации в 5. . .10 раз меньше, чем при капельной, так как при пленочной конденсации теплообмен осуществляется через слой конденсата, имеющего значительное термическое сопротивление, в то время как при капельной конденсации значительная часть теплоты передается через очень тонкую пленку между каплями. Несмотря на то, что теплообмен при капельной конденсации более выгоден по сравнению с пленочной, в промышленных конденсаторах практически всегда имеет место пленочная конденсация.

В отдельных случаях, в частности при замасленной поверхности стенки, наблюдается явление так называемой капельной конденсации, при которой вместо сплошной пленки стенка покрывается отдельными каплями воды, постепенно растущими, стекающими вниз и отрывающимися от стенки. При капельной конденсации коэффициент теплоотдачи резко возрастает и достигает 50 000 — 100 000 вт/(м* -град).

Капельная конденсация возникает на несмачиваемой поверхности и имеет коэффициент теплоотдачи на порядок выше, чем пленочная. Для получения •капельной конденсации на поверхность теплообмена наносятся специальные покрытия. Использование капельной конденсации позволяет значительно сократить габариты и массу конденсаторов. Примеси неконденсирующихся газов в паре существенно снижают интенсивность теплоотдачи при конденсации.

Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации В 5— 20 раз меньше, чем при капелыпй. Это объясняется тем, что при пленочной конденсации теплообмен между паром и поверхностью нагрева осуществляется через слой конденсата, имеющий значительное тепловое сопротивление; при капельной конденсации значительная часть тепла передается через очень тонкую пленку между каплями. Для жидких металлов тепловое сопротивление пленки конденсата относительно мало, поэтому различие в характере конден-

Рис. 7-9. Схема опытного конденсатора для исследования теплоотдачи при капельной конденсации.

7-3. Теплоотдача при капельной конденсации пара . . 345

При капельной конденсации водяного пара теплоотдача может быть во много раз больше, чем при пленочной. Это объясняется тем, что пленка конденсата является большим термическим сопротивлением передаче тепла фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. При капельной конденсации в силу разрыва пленки это сопротивление гораздо меньше.

12-5. ТЕПЛООБМЕН ПРИ КАПЕЛЬНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА