Kondensation

Kondens kan uppstå i volymen ( dimma , regn ) och på den kylda ytan. I värmeväxlare - kondens på den kylda ytan. Med sådan kondensering måste väggyttemperaturen Tw vara lägre än mättnadstemperaturen Ts, det vill säga Tw < Ts. I sin tur kan kondens på en kyld yta vara av två typer [2] :

• Filmkondensering  - uppstår när en vätska väter ytan (vätska - väter, yta - väter), då bildar kondensatet en kontinuerlig film.
• Droppkondens  - när kondensatet är en icke-vätande vätska och samlas på ytan i droppar som snabbt rinner av och lämnar nästan hela ytan ren.

Med filmkondensering är värmeöverföringen mycket mindre  på grund av filmens termiska motstånd (filmen förhindrar borttagning av värme från ångan till väggen). Det är svårt att implementera droppkondensering  - icke-vätbara material och beläggningar (som fluorplast) leder inte själva värmen bra. Och användningen av tillsatser - vattenavvisande medel (för vatten som olja, fotogen) visade sig vara ineffektiv. Därför  uppstår vanligtvis filmkondensation i värmeväxlare . Vattenavvisande, hydrofobicitet - från grekiskan "hydör" - "vatten" och "phóbos" - rädsla. Det vill säga hydrofob - samma som vattenavvisande, icke-vätbar. Sådana tillsatser för godtyckliga vätskor kallas lyofoberare.

Termen "stationär ånga" i detta fall innebär frånvaron av betydande påtvingad rörelse (naturligtvis kommer fri-konvektiv rörelse att äga rum).

En film av kondensat bildas på väggens yta. Det rinner ner, medan dess tjocklek växer på grund av den pågående kondensationen (Fig. ...). På grund av filmens termiska motstånd är väggtemperaturen märkbart lägre än temperaturen på filmytan, och på denna yta finns det ett litet hopp i temperaturerna för kondensat och ånga (för vatten är hoppet vanligtvis av storleksordningen på 0,02–0,04 K). Temperaturen på ångan i volymen är något högre än mättnadstemperaturen.

Till en början rör sig filmen på ett stabilt laminärt sätt - detta är en  laminär regim . Sedan uppträder vågor på den (med ett relativt stort steg, löper genom filmen och samlar det ackumulerade kondensatet, eftersom i ett tjockare skikt i vågen är rörelsehastigheten större, och en sådan flödesregim är energetiskt gynnsammare än den stadiga. ). Detta är  laminärt vågläge . Vidare, med en stor mängd kondensat, kan regimen bli  turbulent .

På vertikala rör liknar bilden fallet med en vertikal vägg.

På ett horisontellt rör är värmeöverföringen av kondens högre än på ett vertikalt (på grund av den lägre genomsnittliga filmtjockleken). Med ånga i rörelse ökar värmeöverföringen, särskilt när filmen blåses av.

När det gäller rörbuntar (särskilt i kondensorer) äger följande funktioner rum:

1. Ånghastigheterna minskar när den passerar genom strålen på grund av dess kondensation.
2. I horisontella buntar flyter kondensat från rör till rör, å ena sidan, vilket ökar tjockleken på filmen på de nedre rören, vilket minskar värmeöverföringen, å andra sidan stör kondensatdropparna filmen på de nedre rören, öka värmeöverföringen.

Intensifiering av värmeöverföring i kondensorer

Det huvudsakliga sättet att intensifiera är att minska filmtjockleken genom att ta bort den från värmeväxlingsytan. För detta ändamål installeras kondensatlock eller vridna ribbor på vertikala rör. Till exempel, lockar installerade i 10 cm steg ökar värmeöverföringen med 2-3 gånger. Låga ribbor placeras på horisontella rör, längs vilka kondensat snabbt strömmar. Ångtillförseln är effektiv i tunna strömmar som förstör filmen (värmeöverföringen ökar med 3–10 gånger).

Inverkan av inblandning av gaser på kondensation

När ångan innehåller även en liten inblandning av icke kondenserbara gaser, minskar värmeöverföringen kraftigt, eftersom gasen stannar kvar vid väggen efter att ångan kondenserats och, ackumuleras, hindrar ångan från att röra sig mot väggen. Så, med ett innehåll på 1% luft i ånga, minskar värmeöverföringen med 2,5 gånger, 2% - med mer än 3 gånger.

När ånga rör sig är denna påverkan mycket mindre, men ändå, i industriella installationer måste luft pumpas ut ur kondensorerna (annars upptar den apparatens volym). Och de försöker utesluta hans närvaro i paret helt och hållet.

Eftersom kondensering är den omvända processen till kokning, är den grundläggande beräkningsformeln i huvudsak densamma som för kokning:

 är värmeflödet borttaget från väggen, W;  är fasövergångsvärmet, J/kg.

Denna formel tar inte hänsyn till värmen från ångkylning till mättnadstemperatur   och efterföljande kylning av kondensatet. Det är lätt att ta hänsyn till dem vid kända temperaturer av ånga vid inloppet och kondensat vid utloppet. Men i motsats till fallet med kokning är det svårt att här uppskatta ens ungefär värdet av Q på grund av den lilla temperaturskillnaden för värmeöverföring (från ånga till kylvätskan som kyler väggen). Formler för olika fall av kondens finns i läroböcker och uppslagsböcker.

Kondensation av mättad ånga

I närvaro av en vätskefas av ett ämne sker kondensation vid godtyckligt små övermättningar och mycket snabbt. I detta fall uppstår en rörlig jämvikt mellan den förångande vätskan och de kondenserande ångorna. Clausius-Clapeyron-ekvationen bestämmer parametrarna för denna jämvikt - i synnerhet frigörandet av värme under kondensering och kylning under avdunstning.

Kondensering av övermättad ånga

Närvaron av övermättad ånga är möjlig i följande fall:

• frånvaron av en flytande eller fast fas av samma ämne.
• frånvaron av kondensationskärnor  - fasta partiklar eller vätskedroppar suspenderade i atmosfären, såväl som joner (de mest aktiva kondensationskärnorna).
• kondensation i en atmosfär av en annan gas - i detta fall begränsas kondensationshastigheten av diffusionshastigheten av ångor från gasen till vätskans yta.

Kärnfysikens instrument, molnkammaren,  är baserat på fenomenet kondensation på joner.

I frånvaro av kondensationskärnor kan övermättnaden nå 800-1000 procent eller mer. I detta fall börjar kondensationen vid fluktuationer i ångdensiteten (punkter för slumpmässig komprimering av materia).

Kondensering av omättad ånga

Kondensation av omättad ånga är möjlig i närvaro av pulverformiga eller porösa fasta ämnen. Den krökta (i detta fall konkava) ytan ändrar jämviktstrycket och initierar kapillärkondensation .

Solid State Condensation

Kondensation, som går förbi vätskefasen, sker genom bildandet av små kristaller ( desublimering ). Detta är möjligt om ångtrycket är under trycket vid trippelpunkten vid reducerad temperatur.

Kondens på fönster

Kondens på fönstren uppstår under den kalla årstiden. Kondens på fönster uppstår när yttemperaturen sjunker under daggpunktstemperaturen . Daggpunktstemperaturen beror på temperaturen och luftfuktigheten i luften i rummet. Anledningen till bildandet av kondensat på fönster kan vara både en överdriven ökning av luftfuktigheten inuti rummet orsakad av en kränkning av ventilationen och låga värmeisolerande egenskaper hos ett dubbelglasfönster, en metallplastram, en fönsterlåda, ett felaktigt monteringsdjup för ett fönster i en homogen vägg, ett felaktigt monteringsdjup i förhållande till väggisoleringsskiktet, i fullständig frånvaro eller vid dålig isolering av fönstersluttning.

Ångkondensering i rör

När ångan passerar genom röret, kondenserar den gradvis och en film av kondensat bildas på väggarna. I det här fallet minskar ångflödet G" och dess hastighet längs rörets längd på grund av en minskning av ångmassan, och kondensatflödet G ökar. Huvuddraget i kondensationsprocessen i rör är närvaron av en dynamisk växelverkan mellan ångflödet och filmen. Kondensatfilmen påverkas också av gravitationen. Som ett resultat, beroende på rörets orientering i rymden och ånghastigheten, kan arten av kondensatets rörelse vara olika .I vertikala rör, när ånga rör sig från topp till botten, sammanfaller tyngdkrafterna och den dynamiska effekten av ångflödet i riktning och kondensatfilmen rinner ned. I korta rör, med låg hastighet av ångflödet, strömmar filmen bestäms huvudsakligen av tyngdkraften, liknande fallet med kondensation av stationär ånga på en vertikal vägg. Intensiteten av värmeöverföringen visar sig vara densamma. Med en ökning av ånghastigheten, intensiteten av värme överföringen ökar. Detta beror på en minskning av tjockleken på kondensatfilmen, som under påverkan av ånga strömmen flyter snabbare. I långa rör vid höga ånghastigheter blir bilden av processen mer komplicerad. Under dessa förhållanden observeras en partiell separation av vätskan från filmytan och bildandet av en ång-vätskeblandning i flödeskärnan. I det här fallet försvinner tyngdkraftens inflytande gradvis, och processens regelbundenheter upphör att bero på rörets orientering i rymden. I horisontella rör, vid inte särskilt höga ångflödeshastigheter, leder växelverkan mellan gravitation och ångfriktion på filmen till ett annat flödesmönster. Under påverkan av tyngdkraften flyter kondensatfilmen nedför rörets inre yta. Här samlas kondensatet och bildar en ström. Denna rörelse överlagras av kondensatets rörelse i längdriktningen under påverkan av ångflödet. Som ett resultat visar sig intensiteten av värmeöverföringen vara variabel längs rörets omkrets: den är högre i den övre delen än i den nedre. På grund av översvämningen av den nedre delen av tvärsnittet av ett horisontellt rör med kondensat, kan den genomsnittliga värmeöverföringshastigheten vid låga ånghastigheter vara ännu lägre än när stationär ånga kondenserar utanför ett horisontellt rör med samma diameter.

Se även

• Kondensator
• Kondensat

Anteckningar

1. ↑ Ed. I. L. Knunyants. KONDENS // Chemical Encyclopedia. — M.: Sovjetiskt uppslagsverk. — 1988.
2. ↑ Typer av kondens . Studiopedia. Datum för åtkomst: 6 december 2017. Arkiverad från originalet 7 december 2017. (obestämd)

Länkar

• Konceptet kondens på webbplatsen för den kemiska encyklopedin

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor katalanska Stor norsk Stor norsk Litet Brockhaus och Efron Britannica (online)
I bibliografiska kataloger	BNF : 119818886 J9U : 987007553041905171 LCCN : sh85030761