Поверхности конденсата

Большое значение для свойств материалов имеет напряженное состояние приповерхностных слоев, формирование которых происходит при наращивании покрытия. Это обусловлено следующими причинами: 1) перемещение поверхности конденсации или кристаллизации по нормали к основе; 2) происходящее при этом изменение температуры и тепловое расширение системы; 3) присутствие примесей, инородных включений, границ блоков; 4) различие коэффициентов термического расширения и параметров кристаллических решеток; 5) фазовые и структурные превращения.

В качестве поверхности конденсации используется плоская торцевая поверхность 9 цилиндра диаметром 50 и длиной 80 мм. Она защищается от воздействия натрия тонким сл'оем нержавеющей стали (толщина слоя известна).

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.

Наличие в паре неконденсирующего газа затрудняет доступ пара к поверхности конденсации. В результате скорость конденсации уменьшается.

Суммарное термическое сопротивление S/?=='l/aCM можно расчленить на термическое сопротивление конденсата RK, термическое сопротивление фазового перехода ^?ф и термическое сопротивление подвода теплоты (пара) к поверхности конденсации (диффузионное термическое сопротивление) Кя. Этим термическим сопротивлениям соответствуют температурные разности Л/к, А?Ф и А^д (рис. 14-6), причем

поверхности конденсации было выполнено в [Л. 54]. Результаты показали, что для вертикальных и наклонных. плоских поверхностей средний коэффициент теплоотдачи, определяемый как

поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора &t=ts—?ъ. Наблюдения показывают, что при малых А^ капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение). При увеличении Д? на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается.

В теории Нуссельта принималось также предположение, что температура поверхности неизменна: tc = const. Исследование влияния переменности tc вдоль поверхности конденсации было выполнено в [54]. Результаты

4. Теплоотдача при капельной конденсации пара. Если конденсат не смачивает поверхность охлаждения, то конденсация пара приобретает капельный характер. На поверхности образуются и растут отдельные капли конденсата. Скоростная киносъемка показывает, что рост возникающих капелек в начальный период идет с очень высокой скоростью. Затем по мере увеличения размера капель скорость их роста постепенно снижается. При этом одновременно наблюдается непрерывно идущий процесс взаимного слияния капель. В итоге, когда отдельные капли достигают размера примерно одного или нескольких миллиметров, они скатываются с поверхности под влиянием силы тяжести. Общая плотность капель на поверхности конденсации увеличивается по мере возрастания температурного напора А^ = ts—tc. Наблюдения показывают, что при малых Д^ капельки конденсата зарождаются в основном на разного рода микроуглублениях и других элементах неоднородности поверхности (причем в первую очередь на тех, для которых локальные условия смачивания и работа адгезии имеют повышенное значение). При увеличении А? на поверхности конденсации может возникать, кроме того, очень тонкая (около 1 мкм и менее) неустойчивая жидкостная пленка. Она непрерывно разрывается, стягиваясь во все новые капельки, и восстанавливается вновь. При этом число капель на поверхности резко увеличивается.

Давление паров у поверхности конденсации, или, что то же самое, давление пересыщенного пара, необходимое для расчета пересыщений, будет 'равновесным для некоторой критической тем-, пературы начала конденса- v ции Гн, определяемой экспе- ?. риментально. Гн может быть § t отлична как от температуры I испарения Tv, так и, в общем " случае, от температуры кон- ^ < денсации. §

измерительно-регулирующий блок, оснащенный средствами измерения напряжения между измерительными электродами и температуры поверхности конденсации и системой слежения, регулирующей температуру конденсационной поверхности в соответствии с принятым алгоритмом использования устройства.

здесь Тп и Тпов — соответственно температуры пара и поверхности конденсата; />п, рпов — давление насыщенного пара'соответственно при температурах Тп и Гдов; Яп — газовая постоянная пара; k — коэффициент

В процессе конденсации расход конденсата тесно связан с тепловым потоком. При конденсации сухого насыщенного пара последним отдается теплота фазового перехода г, Дж/кг. Кроме того, поскольку температура поверхности стенки меньше температуры поверхности конденсата, соприкасающегося с паром, стенке отдается и часть тепла конденсата. Происходит переохлаждение конденсата в среднем до температуры, значение которой лежит между значениями темп'ератур поверхностей пленки (со стороны пара) и стенки.

При конденсации перегретого пара температура его у стенки постепенно снижается и конденсируется по существу насыщенный пар. Теплота перегрева отдается при этом поверхности конденсата обычным конвективным путем. Таким образом, конденсируясь, перегретый пар передает конденсату теплоту фазового перехода и теплоту перегрева. Кроме того, пар, не сконденсировавшийся в теплообменнике, отдает часть своей теплоты перегрева путем обычного конвективного теплообмена; при этом температура пара снижается. ' ,

Во многих задачах /?ф<С^?к и Яф-С-Яд, что позволяет пренебречь термическим сопротивлением фазового перехода (т. е. полагать ?п.пов= ~^пов). Пренебрегая скачком температур Д/ф, температуру поверхности конденсата /Пов можно рассматривать как температуру насыщения' пара при давлении насыщения /?п,пов- Тогда

^?т — радиус трубки (поверхности конденсата); Яо — радиус, при котором берется концентрация газа на удалении тм. Индекс «пов» соответствует поверхности конденсата.

В первом методе, перенос материала от источника к подложке возможен только тогда, когда при данной температуре равновесная упругость пара над конденсатом ниже упругости пара над источником. Это может иметь место лишь в результате диффузии атомов подложки в наносимый слой, что делает состав поверхности конденсата отличным от состава источника.

Следует заметить, что эти значения параметров и отношения осей не являются постоянными для соединения, которое, по-видимому, имеет заметную область гомогенности. У некоторых образцов на поверхности конденсата обнаруживаются участки с несколько отличающимися параметрами и отношением осей:

ные допущения о пренебрежимо малом термическом сопро* тивлении на границе раздела фаз и др. В уравнении (6.33) (vx — у01) = УОТН — скорость парового потока относительно поверхности конденсата; (гГ — уо2) = [Гтн ф — разность скоростей парового потока и фазовой волны на поверхности конденсата. В общем случае У;ТН=/=УО"ТН.Ф, а гГтн и гГтн .ф могут иметь разные знаки, что учитывается в (6.33). Кроме того, принято допущение о возможности расчета величины касательного напряжения от сил трения с использованием Cf и относительной скорости v"orH ф.

'-. Обработка опытных данных с определением коэффициента массообмена производилась после вычисления температуры поверхности раздела фаз, равной T"sa при условии равенства единице коэффициента конденсации, а затем парциального давления конденсирующихся компонентов и состава смеси у поверхности конденсата:

В конденсате масло находится: 1) в капельно-жидком виде, образуя крупные капли, которые затем переходят в плавающие пленки на поверхности конденсата, и 2) в виде ионизированных мелких частиц масла, для которых конденсат является изолятором, препятствующим их нейтрализации, благодаря чему получается эмульсия, основу которой составляет вода.

проводности паров металла (в отличие от паров веществ с Pr^l) происходит существенное перераспределение термических сопротивлений между пленкой конденсата, диффузионной областью около поверхности конденсата и областью раздела конденсат — поверхность охлаждения. В связи с этим обычное в теории пленочной конденсации предположение о том, что температура на поверхности пленки практически точно равна температуре насыщения в ядре потока пара, для процесса конденсации паров металла не оправдывается. Возникает необходимость в учете термического сопротивления фазового перехода. Так называемое контактное термическое сопротивление на границе конденсат — поверхность охлаждения изучено слабо. В работе [161] по конденсации калия не было обнаружено контактного термического сопротивления между сталью 1Х18Н9Т и неподвижным чистым калием.