). Конденсация происходит при изотермич. сжатии, адиабатич. расширении и охлаждении или одноврем. понижении его и т-ры, к-рое приводит к тому, что конденсиров. фаза становится термодинамически более устойчивой, чем газообразная. Если при этом и т-ра выше, чем в для данного в-ва, образуется (сжижение), если ниже - в-во переходит в твердое состояние, минуя жидкое (десублимация). К онденсация широко применяется в хим. технологии для разделения смесей посредством , при и очистке в-в и др., в , напр. в конденсаторах паровых турбин, в холодильной технике для конденсации рабочего тела, в опреснит. установках и др. При конденсации в узких порах последние могут поглощать значит. кол-ва в-ва из газовой фазы (см. ). Следствие конденсации водяного в - дождь, снег, роса, иней. Конденсация в жидкое состояние. В случае конденсации в объеме или парогазовой смеси (гомогенная конденсация) конденсир. фаза образуется в виде мелких капель (тумана) или мелких . Для этого необходимо наличие центров конденсации, к-рыми могут служить очень мелкие капельки (зародыши), образующиеся в результате флуктуации плотности газовой фазы, пылинки и частицы, несущие электрич. заряд (). При отсутствии центров конденсации может в течение длит. времени находиться в т. наз. метастабильном (пересыщенном) состоянии. Устойчивая гомог. конденсация начинается при т. наз. критич. пересыщении П кp =p к /p н где р к - равновесное , соответствующее критич. диаметру зародышей, р н - насыщ. над плоской пов-стью (напр., для водяного в , очищенном от твердых частиц или , П кр =5-8). Образование тумана наблюдается как в природе, так и в технол. аппаратах, напр. при охлаждении парогазовой смеси вследствие лучеиспускания, влажных . Конденсация на пов-сти насыщенного или перегретого происходит при т-ре пов-сти, к-рая меньше, чем т-ра насыщения при его равновесном над ней. Наблюдается во многих пром. аппаратах, к-рые служат для конденсации целевых продуктов, подогрева разл. сред, разделения паровых и парогазовых смесей, охлаждения влажных и т.д. При сжижении на пов-сти , хорошо смачивающейся конденсатом, образуется сплошная пленка (пленочная конденсация); на пов-сти, не смачивающейся конденсатом или смачивающейся частично, - отдельные капли (капельная конденсация); на пов-сти с неоднородными св-вами (напр., на полированной металлической с окисленными загрязненными участками) - зоны, покрытые пленкой конденсата и каплями (смешанная конденсация). При пленочной конденсации чистых коэф. теплоотдачи определяется в осн. термич. сопротивлением пленки конденсата, к-рое зависит от режима ее течения. Последний в случае практически неподвижного определяется числом Рейнольдса пленки: Rе пл =w d /v к, где w, d - соотв. средняя по сечению скорость и толщина пленки конденсата, v к - кинематич. конденсата. Для конденсации на вертикальной или трубе при Rе пл менее 5-8 течение пленки чисто ламинарное, при превышении этих значений Rе пл - ламинарно-волновое, при Re пл >>350-400 - турбулентное. На вертикальных пoв-стях значит. высоты могут наблюдаться области с разл. режимами течения пленки конденсата. При ламинарном течении увеличение Re пл с возрастанием толщины пленки приводит к уменьшению коэф. теплоотдачи, при турбулентном течении - к его увеличению. Если перегрет, конденсация сопровождается конвективной теплоотдачей от к конденсату, т-ра поверхности к-рого практически равна т-ре насыщения при . Для в-в с большой теплотой конденсации (напр., ) теплота перегрева обычно незначительна по сравнению с теплотой конденсации, и ею можно пренебречь. В случае пленочной конденсации движущегося касательное напряжение на пов-сти раздела фаз, обусловленное межфазным и переносом импульса частицами сконденсировавшегося , к-рые присоединяются к пленке конденсата, вызывает при нисходящем потоке увеличение скорости и уменьшение толщины пленки, в результате чего коэф. теплоотдачи увеличивается. При более высоких скоростях парового потока воздействие его на пленку конденсата может приводить не только к изменению ее скорости и толщины, но и к возмущению течения (образование волн, турбулизация), интенсифицирующему теплоперенос в пленке. Если поток направлен вверх, движение ламинарной пленки конденсата тормозится, толщина ее увеличивается и коэф. теплоотдачи уменьшается по мере возрастания скорости до тех пор, пока действие межфазного не вызовет т. наз. обращенное (направленное вверх) течение пленки конденсата. При конденсации движущегося внутри трубы (канала) режимы течения и характер взаимод. паровой и жидкой фаз могут значительно изменяться в результате изменения по мере образования конденсата скорости , касательного напряжения на межфазной пов-сти и Re пл. При больших скоростях (когда действие силы тяжести на пленку конденсата пренебрежимо мало и течение ее определяется в осн. силой ) местные и средние по длине трубы коэф. теплоотдачи не зависят от пространств. ориентации трубы. Если силы тяжести и соизмеримы, условия конденсации определяются углом наклона трубы и взаимным направлением движения фаз. В случае конденсации внутри горизонтальной трубы и малой скорости кольцевая пленка конденсата образуется только на верх, части внутренней пов-сти трубы. На ниж. части возникает "ручей", в зоне к-рого в результате относительно большой толщины слоя теплоотдача значительно менее интенсивна, чем на остальном участке пов-сти. В случае конденсации на пучке горизонтальных труб расход стекающего конденсата увеличивается сверху вниз вследствие натекания конденсата с вышележащих труб на нижележащие, а расход по пути его движения снижается. В пучке с постоянным или относительно немного уменьшающимся по высоте живым сечением между трубами скорость нисходящего потока постепенно снижается, а конденсат натекает с верх, труб на нижние. Вначале это приводит к уменьшению местных коэф. теплоотдачи (осредненных по периметру труб) при увеличении отсчитываемого сверху номера горизонтального ряда труб. Однако, начиная с нек-рого ряда, в результате натекания конденсата течение пленки возмущается и ее термич. сопротивление снижается. Благодаря этому коэф. теплоотдачи могут стабилизироваться, а при возрастающем воздействии возмущения течения пленки на ниж. трубках - увеличиваться с возрастанием номера ряда. Интенсификация теплоотдачи при пленочной конденсации может достигаться профилированием ее пов-сти (напр., применением т, наз. мелковолнистой пов-сти), к-рое способствует уменьшению средней толщины пленки конденсата, созданием на пов-сти искусств, шероховатости, приводящей к тур-булизации пленки, воздействием на нее при диэлектрич. жидкой фазе (напр., при конденсации ) электростатич. полем, отсосом конденсата через пористую пов-сть и др. При конденсации жидких жидкой фазы весьма высока. Поэтому доля термич. сопротивления пленки конденсата в суммарном сопротивлении передаче тепла незначительна, и определяющим оказывается межфазное термич. сопротивление, обусловленное молекулярно-кинетич. эффектами на границе раздела фаз. Иногда пленочная конденсация на пов-сти сопровождается гомог. конденсацией в прилегающем к пов-сти раздела фаз слое . Если образование тумана при этом нежелательно (напр., в произ-ве H 2 SO 4 нитрозным способом или при улавливании летучих р-рителей), процесс проводят при макс. пересыщении ниже П кр. При капельной конденсации первичные мелкие капли, образовавшиеся на сухой вертикальной или наклонной пов-сти, растут в результате продолжения процесса, слияния близко расположенных и касающихся друг друга капель и подтягивания к ним возникающей между каплями и быстро разрывающейся конденсата. Капли, достигшие "отрывного" диаметра, стекают вниз, объединяясь (коалес-цируя) с нижележащими мелкими каплями, после чего на освободившейся пов-сти опять образуются мелкие капли, и цикл повторяется. Условия, определяющие самопроизвольное возникновение капельной конденсации, наблюдаются редко. Обычно же для осуществления капельной конденсации на твердую пов-сть наносят тонкий слой лиофобизатора - в-ва, обладающего низким и несмачиваемого конденсатом (напр., ). В случае капельной конденсации коэф. теплоотдачи намного выше (в 5-10 раз и более), чем при пленочной. Однако поддержание в условиях эксплуатации пром. аппаратов устойчивой капельной конденсации затруднительно. Поэтому конденсац. устройства хим. пром-сти, как правило, работают в режиме пленочной конденсации. Конденсация на пов-сти того же в-ва происходит в технол. аппаратах на пов-сти подаваемых в объем диспергированных (напр., с помощью распылит, форсунок) струй или стекающих по . или распределение на позволяет сильно развить пов-сть контакта фаз. В ряде случаев конденсация наблюдается при поступлении в объем в виде струй или пузырьков (барботаж), а также при образовании паровых пузырьков в объеме , напр. при кавитации. К онденсация из смеси его с неконденсирующимися (или неконденсирующимися при данной т-ре ) на пов-сти
КОНДЕНСАЦИЯ
КОНДЕНСАЦИЯ
(от позднелат. condensatio - уплотнение, сгущение), переход в-ва вследствие его охлаждения или сжатия из газообразного в конденсированное (жидкое или твёрдое). К. пара возможна только при темп-pax ниже критической для данного в-ва (см. КРИТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ). К., как и обратный ей процесс - , относится к фазовым переходам I рода. При К. выделяется то же кол-во теплоты, к-рое было затрачено на испарение сконденсировавшегося в-ва. Дождь, снег, роса, иней - следствия конденсации водяного пара в атмосфере. К. широко применяется в энергетике, в хим. технологии, в холодильной и криогенной технике, в опреснит. установках и т. д. В технике К. обычно осуществляется на охлаждаемых поверхностях. Известны два режима поверхностной К.: плёночный и капельный. Первый наблюдается при К. на смачиваемой поверхности и характеризуется образованием сплошной плёнки конденсата. На несмачиваемых поверхностях конденсат образуется в виде отд. капель. При капельной К. интенсивность теплообмена (отводы теплоты к поверхности охлаждения) значительно выше, чем при плёночной, т. к. сплошная плёнка конденсата затрудняет (см. КИПЕНИЕ).
Скорость поверхностной К. тем выше, чем ниже темп-pa поверхности по сравнению с темп-рой насыщения пара при заданном давлении. Наличие в объёме наряду с паром др. газа уменьшает поверхностной К., т. к. затрудняет поступление пара к поверхности охлаждения. В присутствии неконденсирующихся газов К. начинается при достижении паром у поверхности охлаждения парциального давления и темп-ры, соответствующих состоянию насыщения (точке росы).
К. может происходить также внутри объёма пара (парогазовой смеси). Для начала объёмной К. должен быть заметно пересыщен. Мерой пересыщения служит отношение давления пара р к давлению насыщ. пара ps, находящегося в равновесии с жидкой или тв. фазой, имеющей плоскую . Пар пересыщен, если p/ps>1, при p/ps=l пар насыщен. Степень пересыщения e=p/ps, необходимая для начала К., зависит от содержания в паре мельчайших пылинок (аэрозолей), к-рые явл. готовыми центрами К. Чем чище пар, тем выше должна быть нач. степень пересыщения. Зародышами, или центрами, К. могут служить также электрически заряжённые частицы, в частности ионизованные атомы, присутствующие в паре.
Кинетика процесса К. изучается теоретически как задача кинетики физической.
Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .
КОНДЕНСАЦИЯ
(от позднелат. condensatio - уплотнение, сгущение) - переход вещества из газообразного состояния (пара) в жидкое или твёрдое состояние. Ква-зистатич. процесс К. происходит в условиях равновесия сосуществующих фаз и является фазовым переходом 1-го рода. Если при этом р
поддерживается постоянным, то сохраняется постоянной и абс. темп-ра Т.
Связь между р и Т
определяется равенством химических потенциалов
и
для пара и жидкости соответственно:
или задаётся Клапейрона - Клаузиуса уравнением.
Эти ур-ния справедливы как для К., так и для обратного процесса - испарения, направление же процесса определяется теплообменом с окружающей средой: если системе сообщается , происходит испарение, при её отводе - К. Кол-во теплоты, выделяющееся при К. единицы массы, равно теплоте испарения. В квази-статич. условиях К. пара в возможна в интервале давления от критического до давления в тройной, точке.
Ниже давления в тройной точке конденсирующийся пар граничит с кристаллом (рис. к ст. Испарение).
Равновесие между паром и конденсированной фазой (напр., в замкнутом объёме) имеет динамич. характер: ср. потоки конденсирующихся и испаряющихся молекул равны между собой, т. е. компенсируют друг друга. При нарушении фазового равновесия величину нескомпенсированного потока молекул можно оценить, используя идеального газа для пара (т. н. ур-ние Герца - Кнудсена):
где - коэф. конденсации, различный для разных веществ, р
н - равновесное давление (давление насыщения при темп-ре Т), т -
масса . Если в газовой фазе присутствует неконденсирующий газ, то К. пара происходит при его парциальном давлении, соответствующем линии насыщения чистого вещества. Молекулы газа скапливаются у поверхности раздела фаз и затрудняют К., снижая её скорость, однако появляющийся градиент концентраций вызывает их диффузию.
Если первоначально пар не сосуществует с конденсированной фазой, то он может перейти в метастабиль-ное состояние, характеризуемое степенью пересыщения =р/р н. При высоких степенях пересыщения внутри парогазовой смеси даже в отсутствие конденсирующих поверхностей может начаться процесс К. Кинетика нач. стадии такой объёмной К. описывается теорией гомогенного зародышеобразования. Высокая степень пересыщения создаётся при быстром расширении пара в потоке, при смешении пара с холодным газом, в молекулярных пучках. Образование зародышевых капель облегчается на смачиваемых стенках, твёрдых частицах (гетерогенное зародышеобразование) и на ионах (напр., в Вильсона камере).
К. и испарение играют важную роль в круговороте воды в природе, а также в разл. технол. процессах. На тепловых и атомных электростанциях К. отработанного водяного пара происходит при низком давлении (ок. 4 КПа). На смачиваемой твёрдой охлаждаемой поверхности конденсат образует сплошную плёнку, к-рая ухудшает теплообмен между паром и стенкой. В отсутствие смачивания наблюдается капельный режим К., к-рый предпочтительнее плёночного, однако при длит. работе несмачиваемая поверхность обычно становится смачиваемой. К. используется также в холодильных машинах, в ожижителях газов, в опреснительных и ректификационных установках. Кроме К. на твёрдой поверхности в технике применяют К. на струях и каплях предварительно охлаждённой жидкости.
Неравновесная К. на твёрдой поверхности с темп-рой (T
тp - темп-pa тройной точки) может идти по схеме пар жидкость кристалл. Для ряда веществ экспериментально показано, что ниж. граница перехода к механизму К. пар-кристалл лежит при T
тp (см. Кристаллизация).
Неравновесная К. на охлаждаемой подложке (напр., для воды при 120 К) может приводить к образованию твёрдого аморфного (стеклообразного) слоя вещества.
Лит.:
Радченко И. В., Молекулярная , М. 1965; Хирс Д., Па унд Г., Испарение и конденсация пер. с англ., М., 1966; Кириллин В. А., Сычев В. В. Шейндлин А. Е., Техническая , 4 изд. М., 1983. В. П. Скрипов
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Синонимы :
Антонимы :
Смотреть что такое "КОНДЕНСАЦИЯ" в других словарях:
- (лат. condensatio). Сгущение, уплотнение. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОНДЕНСАЦИЯ вообще сгущение: сгущение электричества, сгущение паров какого либо вещества в жидкость (при помощи давления и… … Словарь иностранных слов русского языка
конденсация - и, ж. condensation f. < condensatio 1. спец. Сгущение, уплотнение. БАС 1. Конденсация пара. Конденсация электричества. Уш. 1934. 2. Переход газа или пара в жидкое состояние. СИС 1954. Конденсационный ая, ое. Конденсационная вода. БАС 1.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
- (от позднелатинского condensatio уплотнение, сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация фазовый переход 1 го рода. Конденсация возможна только при температурах ниже критической точки … Современная энциклопедия
КОНДЕНСАЦИЯ, конденсации, жен. (спец.). Действие по гл. конденсировать и конденсироваться. Конденсация электричества. Конденсация пара (превращение его в жидкость). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
Конденсация - – переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ и м. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Конденсация – образование… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Конденсация - (от позднелатинского condensatio уплотнение, сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация фазовый переход 1 го рода. Конденсация возможна только при температурах ниже критической точки. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
- (от позднелат. condensatio уплотнение сгущение), переход вещества из газообразного состояния в жидкое или твердое. Конденсация возможна только при температурах ниже критической температуры … Большой Энциклопедический словарь
Скопление, сгущение, уплотнение. Ant. разрежение Словарь русских синонимов. конденсация сущ., кол во синонимов: 7 гомополиконденсация (2) … Словарь синонимов
- (от лат. condense сгущаю) переход водяного пара атмосферы в жидкое состояние. Играет большую роль в водном обмене, в частности в пустынных экосистемах, где очень важна ночная конденсация влаги на поверхности растений (роса) и почвенных частиц, а… … Экологический словарь
Конденсация
Лекция № 21
Теплообменные процессы
Литература:
1. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.
План лекции:
1. Общая характеристика процесса конденсации.
2. Теплоотдача при конденсации пара.
3. Теплообмен при пленочной конденсации движущегося пара внутри труб.
4. Основные типы конденсаторов.
1. Что называется конденсацией? При каких условиях происходит конденсация паров и газов?
2. Какие виды конденсации Вы знаете? Дайте им краткую характеристику.
3. Как рассчитывается термическое сопротивление передаче теплоты от пара к стенке при пленочной конденсации?
4. В каких аппаратах осуществляется поверхностная конденсация? От чего зависит расход охлаждающей воды?
5. Чем различаются мокрые и сухие конденсаторы?
6. Какие теплообменники по принципу действия относятся к смесительным?
7. Как устроен и работает мокрый прямоточный конденсатор? От чего зависят расход охлаждающей воды и объем воздуха, отсасываемого из конденсатора?
Конденсация - переход вещества из паро- или газообразного состояния в жидкое путем отвода от него теплоты. Конденсация пара (газа) может быть осуществлена либо путем охлаждения пара (газа), либо посредством охлаждения и сжатия одновременно. Далее рассмотрены только процессы конденсации, проводимые путем охлаждения паров водой и холодным воздухом.
Данный процесс часто встречается на практике - в конденсаторах выпарных аппаратов, в теплообменниках холодильных и других установок. Конденсацию паров часто используют при выпаривании, вакуум-сушке и др., для создания разрежения. Пары, подлежащие конденсации, обычно отводят из аппарата, где они образуются, в отдельный закрытый аппарат - конденсатор, охлаждаемый водой или воздухом.
Объем получаемого конденсата в тысячу и более раз меньше объема пара, из которого он образовался. В результате в конденсаторе создается разреженное пространство, причем разрежение увеличивается с уменьшением температуры конденсации. Последняя, в свою очередь, тем ниже, чем больше (при прочих равных условиях) расход охлаждающего агента и ниже его конечная температура. Одновременно с процессом конденсации в рабочем пространстве конденсатора происходит накопление воздуха и других неконденсирующихся газов, которые выделяются из жидкости, а также проникают через неплотности аппаратуры из окружающего воздуха. По мере накопления неконденсирующихся газов и возрастания их парциального давления уменьшается разрежение в аппарате. Поэтому для поддержания вакуума на требуемом уровне необходимо непрерывно отводить из конденсатора неконденсирующиеся газы. Обычно эти газы откачивают с помощью вакуум-насоса, который одновременно предотвращает колебания давления, обусловленные изменением температуры охлаждающего агента.
Конденсация происходит как в объеме пара, так и на охлаждаемой поверхности теплообмена. В первом случае образование конденсата происходит самопроизвольно при значительном переохлаждении пара относительно температуры насыщения на холодных жидких или твердых частицах, вводимых в пар. Конденсация пара осуществляется на границе с охлаждаемой поверхностью какого-либо тела или на каких-либо «центрах», способных конденсировать охлаждаемый пар в объеме (ионизированные молекулы газа, различные взвешенные частицы и т. п.).
Если пар соприкасается со стенкой, температура которой ниже температуры насыщения (t ст < t H), то пар конденсируется и конденсат оседает на стенке. При охлаждении пара на поверхности тела в зависимости от состояния его поверхности и свойств поверхностного слоя может образоваться пленка конденсата с толщиной, намного превышающей расстояние эффективного действия межмолекулярных сил (пленочная конденсация пара), или поверхность может быть покрыта отдельными каплями конденсата (капельная конденсация пара) (рис.1).
Рис.1. Конденсация на поверхности:
а- пленочная; б-капельная
Пленочной называется конденсация, когда жидкая конденсированная фаза образуется на поверхности теплообмена в виде устойчивой пленки. Пленочная конденсация имеет место, если конденсат смачивает данную поверхность теплообмена. Если же конденсат не смачивает поверхность, то происходит капельная конденсация.
Капельная конденсация наблюдается при пуске теплообменного аппарата, когда на поверхностях стенок имеются различные, в том числе и масляные загрязнения, и в некоторых других случаях. Она может быть вызвана с помощью специальных веществ, называемых лиофобизаторами (при конденсации водяного пара - гидрофобизаторами). Эти вещества наносятся на поверхность теплообмена или вводятся в пар.
Капельная конденсация водяного пара по сравнению с пленочной, при прочих одинаковых условиях, обеспечивает более интенсивную теплоотдачу. Это объясняется тем, что пленка конденсата обладает большим терми-1еским сопротивлением передаче теплоты фазового перехода от поверхности конденсации к стенке. При капельной конденсации в силу разрыва Пленки это сопротивление гораздо меньше. В ходе конденсации пара на поверхности охлаждаемой стенки осуществляется конвективный перенос пapa из окружающего пространства к месту конденсации. Для осуществления непрерывного процесса конденсации пара необходимо обеспечить соответствующий отвод освобождаемой энергии охлаждением поверхностного слоя жидкости. При этом перенос теплоты к охлаждаемой стенке в условиях пленочной конденсации пара осуществляется в основном теплопроводностью через пленку конденсата. Толщина его пленки на поверхности охлаждаемой стенки зависит от интенсивности конденсации пара и от условий стока жидкости. В промышленных теплообменных аппаратах чаще имеет место пленочная конденсация.
Конденсация водяного пара в воздухе над чашкой горячей воды
Конденсация имеет место во многих теплообменных аппаратах (например, в мазутоподогревателях на ТЭС), в опреснительных установках, технологических аппаратах (перегонные аппараты). Важнейшее применение на ТЭС - конденсаторы паровых турбин. В них конденсация происходит на охлаждаемых водой трубах. Для повышения КПД термодинамического цикла ТЭС важно снижать температуру конденсации (за счёт понижения давления), и обычно она близка к температуре охлаждающей воды (до 25÷30°С).
Конденсация - процесс, в определённом смысле обратный к кипению . Но при конденсации важнее проблемы повышения теплоотдачи, чтобы при малых температурных напорах обеспечить быстрый отбор теплоты.
Виды конденсации
Конденсация может происходить в объёме (туман, дождь) и на охлаждаемой поверхности. В теплообменных аппаратах – конденсация на охлаждаемой поверхности. Её далее и будем рассматривать. Разумеется, при такой конденсации температура поверхности стенки Tw должна быть меньше температуры насыщения Ts, то есть Tw < Ts. В свою очередь, конденсация на охлаждаемой поверхности может быть двух видов:
- Плёночная конденсация – имеет место, когда жидкость смачивает поверхность (жидкость – смачивающая, поверхность – смачиваемая, эти свойства изучаются в курсе Физики), тогда конденсат образует сплошную плёнку.
- Капельная конденсация – когда конденсат – несмачивающая жидкость и собирается на поверхности в капли, которые быстро стекают, оставляя почти всю поверхность чистой.
При плёночной конденсации теплоотдача намного меньше из-за термического сопротивления плёнки (плёнка мешает отводу тепла от пара к стенке). К сожалению, реализовать капельную конденсацию сложно – несмачиваемые материалы и покрытия (например, типа фторопласта) сами плохо проводят теплоту. А использование добавок – гидрофобизаторов (для воды типа масла, керосина) оказалось неэффективным. Поэтому обычно в теплообменных аппаратах имеет место пленочная конденсация . Гидрофобизатор, гидрофобность – от греческих “hydör” – “вода” и “phóbos” – страх. То есть гидрофобный – то же, что водоотталкивающий, несмачиваемый. Такие добавки для произвольных жидкостей называются лиофобизаторами.
Термин “неподвижный пар” в данном случае подразумевает отсутствие существенного вынужденного движения (разумеется, свободно-конвективное движение будет иметь место).
На поверхности стенки образуется плёнка конденсата. Она стекает вниз, при этом её толщина растёт благодаря продолжающейся конденсации (рис. …). Из-за термического сопротивления плёнки температура стенки заметно меньше температуры поверхности плёнки, причём на этой поверхности имеется небольшой скачок температур конденсата и пара (для воды скачок обычно порядка 0,02–0,04 К). Температура пара в объёме несколько выше температуры насыщения.
Сначала пленка движется стабильно ламинарно – это ламинарный режим . Затем на ней появляются волны (со сравнительно большим шагом, пробегающие по плёнке и собирающие накапливающийся конденсат, так как в более толстом слое в волне скорость движения больше, и такой режим стекания энергетически выгоднее установившегося). Это ламинарно-волновой режим . Далее при большом количестве конденсата режим может стать турбулентным .
На вертикальных трубах картина аналогична случаю вертикальной стенки.
На горизонтальной трубе теплоотдача конденсации выше, чем на вертикальной (из-за меньшей в среднем толщины пленки). При движущемся паре теплоотдача растёт, особенно при сдуве плёнки.
В случае пучков труб (в частности, в конденсаторах) имеют место особенности:
1) Скорости пара по мере прохождения по пучку уменьшаются вследствие его конденсации.
2) В горизонтальных пучках конденсат стекает с трубы на трубу, с одной стороны, увеличивая толщину плёнки на нижних трубах, что уменьшает теплоотдачу, с другой стороны, падение капель конденсата возмущает плёнку на нижних трубах, увеличивая теплоотдачу.
Интенсификация теплообмена в конденсаторах
Основной путь интенсификации – уменьшать толщину плёнки, удаляя её с поверхности теплообмена. С этой целью на вертикальных трубах устанавливают конденсатоотводные колпачки или закрученные рёбра. Например, колпачки, установленные с шагом 10 см, увеличивают теплообмен в 2÷3 раза. На горизонтальных трубах ставят невысокие рёбра, по которым конденсат быстро стекает. Эффективна подача пара тонкими струйками, разрушающими плёнку (теплообмен увеличивается в 3÷10 раз).
Влияние примеси газов на конденсацию
При движении пара это влияние много меньше, но всё равно в промышленных установках воздух приходится откачивать из конденсаторов (иначе он занимает объём аппарата). И стараются вообще исключить его присутствие в паре.
Так как конденсация – процесс, обратный к кипению, то основная расчётная формула по существу та же, что при кипении:
G = Q / γ {\displaystyle G=Q/\gamma }
где G – количество образующегося конденсата (конденсирующегося пара), кг/с;
Q – отводимый от стенки тепловой поток, Вт;
γ – теплота фазового перехода, Дж/кг.
Эта формула не учитывает теплоту охлаждения пара до температуры насыщения t s и последующего охлаждения конденсата. Их нетрудно учесть при известных температурах пара на входе и конденсата на выходе. Но, в отличие от случая кипения, здесь сложно оценить даже приближенно величину Q из-за небольшого температурного напора теплопередачи (от пара к теплоносителю, охлаждающему стенку). Формулы для различных случаев конденсации имеются в учебниках и справочниках.
Конденсация насыщенных паров
При наличии жидкой фазы вещества конденсация происходит при сколь угодно малых пересыщениях и очень быстро. В этом случае возникает подвижное равновесие между испаряющейся жидкостью и конденсирующимися парами. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса определяет параметры этого равновесия - в частности, выделение тепла при конденсации и охлаждение при испарении.
Конденсация перенасыщенного пара
Наличие перенасыщенного пара возможно в следующих случаях:
- отсутствие жидкой или твёрдой фазы того же вещества.
- отсутствие ядер конденсации - взвешенных в атмосфере твёрдых частиц или капелек жидкости, а также ионов (наиболее активные ядра конденсации).
- конденсация в атмосфере другого газа - в этом случае скорость конденсации ограничена скоростью диффузии паров из газа к поверхности жидкости.
Конденсация в твёрдую фазу
Конденсация, минуя жидкую фазу, происходит через образование мелких кристалликов (десублимация). Это возможно в случае давления паров ниже давления в тройной точке при пониженной температуре.
Конденсат на окнах
Образование конденсата на стеклах происходит в холодное время года. Образование конденсата на окнах происходит из-за понижения температуры поверхности ниже температуры точки росы . Температура точки росы зависит от температуры и влажности воздуха в помещении. Причина образования конденсата на окнах может состоять как в чрезмерном повышении влажности внутри помещения, вызванном нарушением вентиляции, так и в невысоких теплоизолирующих свойствах стеклопакета, металлопластиковой рамы, оконной коробки, в неправильной глубине монтажа окна в однородной стене, неправильной глубине монтажа относительно слоя стенового утеплителя, в полном отсутствии, либо в некачественном утеплении оконных откосов.
Конденсация пара в трубах
По мере прохождения по трубе пар постепенно конденсируется и на стенках образуется пленка конденсата. При этом расход пара G" и его скорость в связи с уменьшением массы пара уменьшаются по длине трубы, а расход конденсата G увеличивается. Основной особенностью процесса конденсации в трубах является наличие динамического взаимодействия между паровым потоком и пленкой. На пленку конденсата действует также сила тяжести. В итоге в зависимости от ориентации трубы в пространстве и скорости пара характер движения конденсата может быть различным. В вертикальных трубах при движении пара сверху вниз силы тяжести и динамического воздействия парового потока совпадают по направлению и пленка конденсата стекает вниз. В коротких трубах при небольшой скорости парового потока течение пленки в основном определяется силой тяжести аналогично случаю конденсации неподвижного пара на вертикальной стенке. Такой же оказывается и интенсивность теплоотдачи. При увеличении скорости пара интенсивность теплоотдачи растет. Это объясняется уменьшением толщины конденсатной пленки, которая под воздействием парового потока течёт быстрее. В длинных трубах при больших скоростях движения пара картина процесса усложняется. В этих условиях наблюдаются частичный срыв жидкости с поверхности пленки и образование парожидкостной смеси в ядре потока. При этом влияние силы тяжести постепенно утрачивается, и закономерности процесса перестают зависеть от ориентации трубы в пространстве. В горизонтальных трубах при не очень больших скоростях парового потока взаимодействие сил тяжести и трения пара о пленку приводит к иной картине течения. Под влиянием силы тяжести пленка конденсата стекает по внутренней поверхности трубы вниз. Здесь конденсат накапливается и образует ручей. На это движение накладывается движение конденсата в продольном направлении под воздействием парового потока. В итоге интенсивность теплоотдачи оказывается переменной по окружности трубы: в верхней части более высокая, чем в нижней. Из-за затопления нижней части сечения горизонтальной трубы конденсатом средняя интенсивность теплоотдачи при небольших скоростях пара может оказываться даже более низкой, чем при конденсации неподвижного пара снаружи горизонтальной трубы того же диаметра.
Конденсация– это переход вещества из газообразного в жидкое состояние.
Молекулы жидкости, покинувшие ее в процессе испарения, находятся в воздухе в состоянии непрерывного теплового движения. Так как движение молекул хаотичное, то какая-то часть молекул вновь попадает в жидкость.Число таких молекул тем больше, чем больше давление пара над жидкостью. Пар конденсируется.
Процесс превращения пара в жидкость идет с выделением некоторого количества тепла.
Количество теплоты, выделяющееся при конденсации определяется по формуле:
где L - удельная теплота парообразования.
Приведенная выше формула годится одновременнодля расчета количества теплоты необходимого для превращения жидкости в пар (при кипении) и для количества теплоты, выделяющейсяпри конденсации.
Скорость конденсации зависитот: рода жидкости, наличия центров конденсации и от температуры.
Температура вещества в процессе конденсации не изменяется.
Температура конденсации паров вещества равна температуре кипения этого вещества.
КАК ПОЯВЛЯЮТСЯ ТУМАН И РОСА
В воздухе всегдаесть водяные пары, хотя их плотность в сотни раз меньше плотности воздуха. Количество водяных паров в воздухе не может быть бесконечно большим. Существует предельная масса воды, которая при данной температуре может содержаться в 1 куб.м воздуха. Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяных паров может содержаться в воздухе.
При понижениитемпературы воздуха водяные пары в какой-то момент становятся насыщенными.
При дальнейшем охлаждении начинают конденсироватьсяи проявляются в виде мельчайших капель на центрахконденсации – пылинках, частицах дыма, ионах газа.
Появившиеся капли в воздухе называются туманом.
А капли на поверхности земли, на листьях и траве называют росой.
Туманы не долговечны. Капли в воздухе могут сливаться, тогда выпадает дождь, или испаряться, тогда туман рассеивается.
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ
Что, белый след на небе от летящего самолета – туман, образующийся из паров воды, поставщиком которых служит сгорающее топливо. Горячий выхлопной газ, насыщенный водяными парами, попадает в холодную атмосферу и образует туман.
ИНТЕРЕСНО
Если на газовой плите с предельно большим пламенем горелки стоит открытая кастрюля с водой, близкой к кипению, то как только выключить газ, над кастрюлей появляетсяобильный пар. Оказывается, что при работе горелки конденсация пара происходила на большом расстоянии от кастрюли, конденсат уносился конвекционными потоками воздуха, поэтому сконденсированные частицы пара не были видны. Когда горелку выключили, пар стал конденсироваться над кастрюлей и поэтому стал видимым.
Почему холодильник время от времени приходится выключать и размораживать Большинство продуктов содержит воду. Испаряясь, она затем замерзает на самой холодной части холодильника - испарителе, и он покрывается толстой снеговой шубой, обладающей низкой теплопроводностью. Это приводит к уменьшению теплоотвода из камеры, и температура в холодильнике понижается недостаточно.
А НУ-КА
Почему стакан с холодной водой покрывается снаружи каплями воды, когда его приносим в теплую комнату?
Почему эти капли через некоторое время исчезают?
