ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Конденсация водяного пара при вынужденном движении неконденсирующегося газа из "Вакуумные конденсаторы химического машиностроения" Уравнение скорости конденсации. Кинетика конденсации пара при вынужденном движении неконденсирующегося газа определяется энергией, потерянной молекулами газа, отраженными от поверхности сублимационного льда и скоростью направленного движения газа в объеме конденсатора. [c.112] Движение молекул пара в объеме конденсатора отличается от движения молекул газа тем, что первые могут ассоциироваться в кристаллические решетки в таких условиях, при которых не могут этого делать молекулы газа. Но молекулы газа не остаются безучастными к движению парогазовой смеси, они нарушают, рассеивают поток молекул пара. Решающим фактором в нарушении потока является степень отражения молекул газа от поверхности конденсации. [c.112] Отступление от однородности среды ведет к появлению сил взаимодействия между неодинаковыми молекулами, нарушающих законы ламинарного течения и формирующих новый вид движения всей паро-газовой смеси. [c.113] При конденсации водяного пара в лед добавление неподвижного газа приводит к возникновению циркуляционного движения смеси в объеме конденсатора. Это движение, обладающее большими скоростями, создает благоприятные условия для пульсирующего процесса оседания молекул пара на поверхности фазового превращения, что приводит к росту коэффициента затвердевания. Добавление воздуха в пар, с одной стороны, уменьшает среднюю длину свободного пробега молекул пара, сталкивающихся с молекулами газа, а с другой, — увеличивает поступление молекул пара к поверхности конденсатора вследствие процесса адсорбции. Молекулы пара в присутствии газа чаще падают в одну и ту же точку поверхности сублимационного льда. Хотя молекулы газа препятствуют движению молекул пара к охлаждающей поверхности, но эти же самые молекулы после отражения от поверхности сублимационного льда адсорбируют молекулы пара или даже ассоциированные группы, доставляя их к поверхности фазового превращения. Поэтому скорость конденсации пара в твердое состояние при прочих равных условиях возрастает (до определенного предела) с увеличением парциального давления иеконденсирующихся газов. [c.113] Наложение на циркуляционное движение вынужденного движения газовых примесей порождает новый, более сложный вид движения всей паро-газовой смеси в объеме конденсатора. Чем больше скорость движения газа при данном постоянном давлении, тем быстрее протекает процесс конденсации пара в твердое состояние. Это происходит потому, что отраженные от поверхности сублимационного льда молекулы газа, которые становятся положительно активными молекулами, сообщают потоку черты хаотичности, создают компоненты скорости, нормальные к направлению основного потока, и при вынужденном движении возникает сильное возмущение всей парогазовой смеси, напоминающее турбулентное течение при сравнительно малых значениях критерия Рейнольдса. Таким образом, источником сильного возмущения в объеме сублимационного конденсатора является положительно активный газ. О наличии такого течения в объеме конденсатора говорят распределения температуры на поверхности льда в цилиндрических трубах. В то же время при конденсации чистого пара не наблюдается никаких признаков возмущенного течения пара, несмотря на сравнительно большие скорости направленного потока пара. [c.113] Соотношения отдельных компонентой, Которые образуют макрочастицу. [c.114] Рассмотренный тип движения приводит к большему перемешиванию паро-газовой смеси, чем циркуляционное движение при тех же парциальных давлениях газа. При таком движении паро-газовой смеси число молекул газа и пара, достигаюш их поверхности конденсации, больше, чем при конденсации в неподвижном газе. Это вызывает повышение температуры на движущейся границе конденсации. Эта температура оказывается выше, чем при конденсации пара в присутствии неподвижного газа и чем при конденсации чистого пара. Молекулы газа при направленном течении больше обмениваются энергией, которая выделяется на движущейся границе. Таким образом, адсорбция на молекулах газа объясняет интенсификацию конденсации пара и при вынужденном течении иеконденсирующихся газов. [c.114] Формула (49) представляет собой общее уравнение для определения скорости конденсации пара в твердое состояние в присутствии неконденсирующегося газа в объеме конденсатора. С помощью этого уравнения можно найти необходимую поверхность конденсации пара, разбавленного любым газом, не конденсирующимся при данной температуре и находящимся в любом динамическом состоянии. [c.114] Все исследования процессов конденсации свидетельствуют о том, что интенсивность конденсации пара в твердое состояние (и не только в твердое) зависит от динамического состояния неконденсирующегося газа. Но рост скорости конденсации пара на поверхности при вынужденном движении газовых примесей не может продолжаться беспредельно. При конденсации чистого пара верхней границей образования льда служит тройная точка. Если давление пара на входе в конденсатор достигает значения 4,6 мм рт. ст., то происходит конденсация пара в жидкость. Оказывается, что при конденсации пара в пространстве, где имеет место направленное движение газовых примесей, увеличение скорости конденсации также может быть ограничено появлением жидкой фазы в объеме конденсатора. [c.115] Условия, при которых начинает образовываться жидкая фаза, зависят от скорости движения газа и от его относительного количества в паро-газовой смеси. В зависимости от этих факторов момент образования жидкой фазы может наступить при различных значениях общего давления, но всегда превышающих давление в тройной точке. Если парциальное давление пара уменьшается, то граница максимальной скорости конденсации сдвигается в сторону больших давлений иеконденсирующихся газов. В наших опытах образование жидкой фазы наблюдалось при парциальном давлении пара = = 1 мм рт. ст. и выше оно также происходит и при ничтожно малых парциальных давлениях пара в расширяющейся части аэродинамических труб, при так называемой объемной конденсации. [c.115] Область конденсации пара в жидкость в рассматриваемых условиях создается, по-видимому, благодаря тому, что неконденсирующийся газ в своем сложном движении образует в объеме конденсатора очаги с парциальным давлением пара, достаточным для его конденсации в каплеобразное (жидкое) состояние при парциальном давлении пара ниже 4,6 мм рт. ст. [c.115] Положительно сказывается на омывании стенок конденсатора Парогазовой смесью и на ассоциации молекул пара в объеме конденсатора, с другой стороны, — отрицательно влияет на процесс затвердевания ассоциированных групп молекул пара на охлаждаемой поверхности конденсатора. Наличие мощных потоков неконденсирующегося газа нарушает образование сублимационного льда из ассоциированных групп молекул пара, не дает возможности ассоциированным группам закрепиться на поверхности или отдельным молекулам образовать кристаллы сублимационного льда. В результате этого коэффициент затвердевания при конденсации пара при вынужденном движении газа оказывается ниже, чем при конденсации пара в неподвижном газе. Вместе с тем интенсивное поступление газа в систему сопровождается заметным повышением температуры движущейся границы сублимационного льда, вызванным теплотой, приносимой в объем конденсатора массой газа. В результате этого ослабляются силы взаимного притяжения в процессе ассоциации молекул пара. Ослабление сил взаимного притяжения при образовании кристаллов облегчает срыв молекул пара с охлаждаемой поверхности потоком воздуха. [c.116] Повышение температуры также способствует сначала отрыву, а затем и уносу сконденсированных частиц с поверхности льда. [c.116] Появление падающих снежинок на выходе из конденсатора при больших скоростях движения неконденсирующегося газа, которое наблюдается при парциальном давлении пара выше 1—2 мм рт. ст., подтверждает правильность сделанного вывода. [c.116] Образование ассоциированных групп молекул в объеме было обнаружено экспериментально не только в камере Вильсона или в подобных приборах, которые предназначены для изучения частиц высоких энергий, но и в совершенно другой области — аэро динамике высоких скоростей (в расширяющейся части аэродинамических труб). Этот эффект был обнаружен с помощью оптических измерений. При пропускании поляризованного света через зону конденсации оказывается, что если в объеме образовались ассоциированные группы соответствующих размеров, то поляризация нарушается и происходит рассеивание поляризованного света. Если же не образуются конденсированные частицы, то поляризация света не нарушается [86]. Ассоциированные группы молекул в процессе движения их в конденсаторе подвержены как дальнейшему росту, так и полному распаду. [c.116] Последние два уравнения полностью совпадают с ранее выведенными уравнениями (48) и (46). [c.117] Эти уравнения полностью совпали с ранее выведенными уравнениями для чистого пара. [c.117] На фиг. 52 даны характеристики интенсивности конденсации пара при вынужденном движении воздуха, построенные по уравнению (51) в зависимости от общего давления р д. [c.118] Из приведенных кривых следует, что скорость конденсации пара возрастает как при увеличении парциального давления пара при постоянном давлении воздуха, так и, наоборот, при увеличении давления воздуха, но при постоянном давлении пара. Характер возрастания различен при р , = onst и увеличении парциального давления пара интенсивность конденсации возрастает сильнее, чем при р = onst и увеличении давления воздуха. [c.118] В объеме сублимационного конденсатора. Такое движение приводит к тому, что не отдельные молекулы пара, а моли паро-газовой смеси достигают охлаждаемой поверхности, как бы омывают эту поверхность конденсации. В итоге на поверхности сублимационного льда оседает больше молекул пара, чем при конденсации в присутствии неподвижного газа. При оседании молекул пара на твердой поверхности конденсата выделяется теплота фазового превращения часть этой теплоты отводится через стенку теплопроводностью, другая часть расходуется на спонтанное испарение только что образовавшихся кристаллических решеток сублимационного льда. [c.119] Вернуться к основной статье