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冷凝傳熱是蒸氣與溫度低於其飽和溫度的壁面接觸時,將潛熱傳給壁面而自身冷凝的一種對流傳熱過程。

1 冷凝傳熱 -冷凝傳熱

 

2 冷凝傳熱 -正文

  蒸氣與溫度低於其飽和溫度的壁面接觸時,將潛熱傳給壁面而自身冷凝的一種對流傳熱過程。工業上經常見到加熱水蒸氣在冷凝;在很多單元操作(如蒸餾、蒸發和製冷)中也有各種組分蒸氣的冷凝。此外,化工生產中還有組分沸點差較大的混合蒸氣的冷凝,在冷凝的同時還伴有可凝蒸氣向冷凝壁面擴散的現象,故屬於熱質傳遞過程。
  類型  蒸氣在壁面上的冷凝有兩種類型:①膜狀冷凝。當冷凝液能潤濕壁面時,在壁面上形成一層連續的液膜;蒸氣在液膜表面冷凝。冷凝放出的潛熱必須通過這層液膜才能傳給壁面,因此液膜是冷凝傳熱的熱阻所在。②滴狀冷凝。若冷凝液不能潤濕壁面,冷凝液以液滴形態附著在壁面上。當液滴增長到一定尺寸后,沿壁面滾落或滴下,露出無液滴的壁面,供繼續冷凝。滴狀冷凝時的傳熱分係數比膜狀冷凝時大 5~10倍或更多。但在實際設備中,滴狀冷凝不穩定,通常是膜狀冷凝,所以冷凝傳熱設備一般按膜狀冷凝設計。
  冷凝的傳熱分係數  當冷凝液膜為層流時,熱量僅以熱傳導方式傳遞。根據液膜的流體力學和導熱分析,可得到冷凝傳熱分係數α的理論計算式,再引入經實驗確定的校正係數后,得到實用的半經驗式。當蒸氣在垂直壁面冷凝時,此半經驗式為:

冷凝傳熱

當蒸氣在水平管外冷凝時為:

冷凝傳熱

式中Ld分別為豎壁高度和管子外徑;ΔT為蒸氣飽和溫度TS與壁面溫度TW之差;r為飽和蒸氣的汽化熱;g為重力加速度;μρλ分別為冷凝液在其平均溫度〔(TW+TS)/2〕下的粘度、密度和熱導率。
  影響冷凝傳熱的因素  單一飽和蒸氣冷凝時,汽相沒有熱阻,傳熱分係數取決於液膜厚度、液膜流動狀況和冷凝液的物性。凡有利於減薄液膜厚度的因素,都會增強冷凝傳熱。例如冷凝液密度大、粘度小以及液膜流向與蒸氣流向一致等,均能使液膜減薄,從而使傳熱分係數提高;而冷凝溫度差的增大,冷壁表面不光滑,則會使液膜加厚,導致傳熱分係數下降。此外,影響冷凝傳熱的因素還有:①不凝性氣體。當蒸氣中存在不凝性氣體時,即使只有1%,也會導致傳熱分係數下降50%以上。蒸氣中通常含有少量不凝氣體,在冷凝過程中不凝性氣體會逐漸積累。因此,冷凝器上須備有不凝氣體的排放口,操作時定期排放,以保持良好的傳熱效果。②蒸氣過熱。當過熱蒸氣與溫度低於飽和溫度的壁面接觸時,先在汽相狀態冷卻到飽和溫度,然後在壁面上冷凝。此時過熱蒸氣的冷凝與飽和蒸氣的冷凝差別不大。
  冷凝傳熱的強化  由於冷凝液的熱導率低,因此強化冷凝傳熱的關鍵在於減小冷凝液膜厚度。現已研製出多種可減小液膜厚度的縱槽管(見圖)和波紋管。這些冷凝管利用液體表面張力的作用,使冷凝液體集中於槽溝底部,而其他表面上的液膜厚度減薄。此外,蒸氣在管束外冷凝時,要合理布置管束位置,以減少上排管子表面的冷凝液對下排管子冷凝作用的影響,並避免液膜明顯增厚。強化冷凝傳熱的另一途徑是維持滴狀冷凝,為此可在壁面上塗以疏水性塗層,或在蒸氣中噴入少量油性添加物,但都難以得到持久的滴狀冷凝,這有待進一步研究。

冷凝傳熱冷凝傳熱

 

3 冷凝傳熱 -配圖

 

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