ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние материала и расположения поверхности на интенсивность процесса конденсации из "Вакуумные конденсаторы химического машиностроения" Влияние свойств поверхности на интенсивность конденсации. [c.79] При конденсации пара в жидкость большую роль играет состояние поверхности, на которой происходит конденсация. В зависимости от степени шероховатости или чистоты поверхности толщина пленки конденсата изменяется, и соответственно меняется ее термическое сопротивление. Влияет также и термическое сопротивление слоя окисла при его образовании на поверхности. При этом коэффициент теплоотдачи может снижаться более чем на 30%. Конденсация пара ниже тройной точки происходит непосредственно в твердое состояние. Шероховатость или какие-либо иные дефекты поверхности очень мало влияют на механизм образования конденсата. В первый же момент конденсации твердая поверхность покрывается ледяной пленкой, и в дальнейшем процесс перестает зависеть от первоначального состояния поверхности. [c.79] Исследования показали, что скорость конденсации в твердое состояние в некоторой степени зависит от материала поверхности конденсации. Однако это влияние материала далеко по своей физической сущности от того влияния поверхности, которое обнаруживается при конденсации выше тройной точки. Как свойства поверхности, так и сам материал мало влияют в определенном диапазоне на интенсивность конденсации пара. Дело в том, что материал заметно влияет на интенсивность конденсации только в том случае, если термическое сопротивление слоя конденсата оказывается меньше, чем термическое сопротивление стенки. Если же термическое сопротивление конденсата превышает (и значитеиьно) термическое сопротивление стенки конденсатора, что в основном наблюдается в рассматриваемом случае, то практически не имеет никакого значения, из какого материала сдеиан конденсатор. [c.79] В таких конденсаторах температура движущейся границы (лед — пар) оказывается ниже, чем в конденсаторах, изготовленных из материала с плохой теплопроводностью. Чем ниже температура движущейся границы, тем ниже упругость пара над границей при заданных давлениях пара и газа, что приводит к увеличению количества пара, сконденсированного в единицу времени на единице поверхности. При этом используемая поверхность конденсатора уменьшается. И наоборот, чем хуже теплопроводность стенок конденсатора, тем выше, при прочих равных условиях, температура движущейся границы, тем больше давление насыщенного пара над движущейся границей. Самая высокая интенсивность конденсации у конденсаторов из меди, самая низкая — из стекла. Хотя теплопроводности материалов, из которых изготовлялись конденсаторы, отличались одна от другой в десятки и сотни раз, различие в скоростях конденсации пара для различных конденсаторов оказывалось несущественным. Для различных марок стали скорость конденсации в цилиндрических трубах практически не менялась, и только для медных труб она несколько увеличивалась. Такое незначительное влияние материала на скорость конденсации объясняется только ограниченностью теплопроводности сублимационного льда. Можно во сколько угодно раз увеличивать теплопроводность материала конденсатора, но это очень мало повлияет на скорость конденсации. Увеличение теплопроводности материала приведет к интенсификации процесса только в случае, если удастся соответственно увеличить и теплопроводность сублимационного льда. Скорость конденсации на металлических поверхностях несущественно отличается и от скорости конденсации на стеклянных поверхностях цилиндрических труб. Вместе с тем использованная поверхность у неметаллических конденсаторов больше, чем у металлических. Поэтому в случае необходимости металлические конденсаторы могут быть с успехом заменены конденсаторами из пластических масс или керамических материалов. [c.80] Полученные нами результаты согласуются с экспериментальными данными других исследователей [791. Согласно опытным данным, в начале процесса коэффициент конденсации сурьмы на медь превосходит коэффициент конденсации на цинк, а коэффициент конденсации сурьмы на цинк превосходит коэффициент конденсации на стекло при прочих равных условиях. Однако по мере того, как увеличивается число молекул конденсата, оставшихся на стенке, различие в коэффициентах конденсации становится менее заметным. Это объясняется тем, что после образования слоя конденсата последний нарастает уже не на стенке, а на образовавшемся спое, т. е. происходит конденсация сурьмы на сурьму. [c.80] Если конденсация в жидкое состояние происходит на внутренней поверхности горизонтальной трубы, то после стекания образующейся жидкости нижняя часть трубы заливается конденсатом и ее сечение уменьшается. Таким образом, некоторая часть поверхности в работе не участвует, — это так называемая омертвленная поверхность. Нгправленное стекание конденсата в таких трубах возможно только под действием каких-либо внешних сил. При конденсации пара в вертикальных трубах с подачей пара сверху кон-денсатная пленка образуется на всей поверхности, вдоль которой она стекает вниз под действием гравитационных сил. В установившемся процессе толщина пленки с течением времени не изменяется, причем в нижней части трубы образуется более толстая пленка, чем в верхней. Если же в вертикальную трубу пар подается снизу, конденсат-ная пленка может иметь максимальную толщину еще у входа в конденсатор [43 ]. [c.81] Таким образом, расположение цилиндрического конденсатора при конденсации пара в жидкое состояние существенно влияет на интенсивность теплообмена. [c.81] Как же обстоит дело при конденсации пара в твердое состояние Было исследовано влияние расположения цилиндрического конденсатора на интенсивность процесса. Конденсатор устанавливали горизонтально, вертикально и затем с переменным углом наклона. При этом оказалось, что интенсивность конденсации пара в твердое состояние и форма образования конденсата совершенно не зависят от расположения конденсатора, если только температура хладагента подлине конденсатора остается строго постоянной и все остальные режимные параметры не изменяются. [c.81] Для решения этой задачи была использована рентгеноскопия, что дало возможность сравнить форму образования льда на поверхности при различном расположении конденсатора и разных способах подачи пара. Именно с помощью рентгеновских снимков и была установлена полная идентичность форм образования сублимационного льда при разном положении конденсаторов. [c.81] Независимость процесса образования твердой фазы от расположения конденсатора характеризует специфические условия конденсации пара не в жидкое, а в твердое состояние. [c.81] Наряду с исследованием влияния расположения цилиндрического конденсатора была изучена зависимость скорости конденсации водяного пара от угла падения потока пара на плоский экран. Угол падения молекул пара изменяли поворотом экрана конденсатора по отношению к потоку пара, выходящему из насадки. Угол а между осью насадки и плоскостью экрана изменялся от 90° (поток пара перпендикулярен экрану) до 0° (поток пара проходит параллельно экрану). [c.82] Такие опыты проводились при различных давлениях пара (фиг. 41). [c.82] Из графика на фиг. 41 видно, что с уменьшением угла падения скорость конденсации падает, и чем выше давление пара на входе, тем это падение заметнее. При повороте экрана изменялся характер и форма распределения конденсата на охлаждаемой поверхности. При а = 90° основание холма конденсата, образовавшегося на плоской поверхности, имело форму круга с центром на пересечении оси насадки с плоскостью экрана. По мере уменьшения угла а форма основания переходила в эллипс, большая ось которого увеличивалась. [c.82] ОТ поверхности экрана. В этом случае уменьшение угла а приводит к падению скорости конденсации пара, так как косые удары молекул затрудняют процесс адсорбции и затвердевания на поверхности конденсации. [c.83] Рассмотренные явления имеют важное практическое значение при проектировании сублимационных установок. [c.83] Влияние пропускной способности соединительных коммуникаций на скорость конденсации пара в твердое состояние. Как было показано ранее, при конденсации водяного пара в твердое состояние в вакууме определяющей величиной является способность данного конденсатора откачать водяной пар, зависящая от величины поверхности конденсации и от разности парциальных давлений пара у поверхности конденсации и в сублимационной камере. [c.83] В то же время при расчете конденсатора следует обязательно учитывать пропускную способность вакуумных коммуникаций. Необходимая скорость откачки конденсатора тем больше, чем меньше пропускная способность соединительных труб. Практически один и тот же конденсатор при идентичных условиях охлаждения будет работать с совершенно различной скоростью конденсации, если только соответствующим образом изменять пропускную способность вакуумной системы. В таких условиях пользоваться опытными значениями коэффициента теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке не представляется возможным, так как процесс лимитируется не теплоотдачей от пара к стенке, а способностью откачки пара конденсатором, т. е. количеством поступающего в конденсатор пара. [c.83] проведенные в одинаковых условиях, но с изменяющейся пропускной способностью соединительной трубы между сублиматором и конденсатором, полностью подтверждают этот вывод. На фиг. 42 приведены характеристики скорости конденсации пара в цилиндрических конденсаторах диаметром (1 , равным 10, 14 и 20 мм при изменении диаметра соединительной трубки с1 между сублиматором и конденсатором при = 0,3 мм рт.ст.= 1 10 мм рт. ст., = — 74° С. Один и тот же конденсатор при одинаковых режимных параметрах конденсирует тем больше пара, чем меньше сопротивление соединительной трубки, по которой поступает пар. Такие же зависимости получены и при других давлениях пара, начиная от высокого вакуума и до 1 рт. ст. Рентгеновские снимки распределения льда подтверждают этот результат. [c.83] Вернуться к основной статье