Tiivistyminen

Kondensaatiota voi esiintyä tilavuudessa ( sumu , sade ) ja jäähdytetylle pinnalle. Lämmönvaihtimissa - kondensaatiota jäähdytetylle pinnalle. Tällaisella kondensaatiolla seinän pintalämpötilan Tw tulee olla pienempi kuin kyllästyslämpötila Ts, eli Tw < Ts. Jäähdytetylle pinnalle voi puolestaan ​​kondensoitua kahta tyyppiä [2] :

• Kalvon tiivistyminen  - tapahtuu, kun neste kostuttaa pinnan (neste - kostutus, pinta - kostutettu), jolloin kondensaatti muodostaa jatkuvan kalvon.
• Tippakondensaatio  - kun lauhde on kostumatonta nestettä ja kerääntyy pinnalle pisaroita, jotka valuvat nopeasti pois jättäen lähes koko pinnan puhtaaksi.

Kalvon tiivistymisessä lämmönsiirto on paljon pienempi  kalvon lämpövastuksen vuoksi (kalvo estää lämmön poistumisen höyrystä seinään). Tipukondensaatiota on vaikea toteuttaa  - kastumattomat materiaalit ja pinnoitteet (kuten fluoroplasti) itsessään eivät johda lämpöä hyvin. Ja lisäaineiden - vettä hylkivien aineiden (vedelle, kuten öljylle, kerosiinille) käyttö osoittautui tehottomaksi. Siksi  kalvon kondensaatiota tapahtuu yleensä lämmönvaihtimissa . Vettä hylkivä, hydrofobisuus - kreikan sanasta "hydör" - "vesi" ja "phóbos" - pelko. Eli hydrofobinen - sama kuin vettä hylkivä, ei-kostuva. Tällaisia ​​mielivaltaisten nesteiden lisäaineita kutsutaan lyofobiseriksi.

Termi "kiinteä höyry" tarkoittaa tässä tapauksessa merkittävän pakotetun liikkeen puuttumista (tietenkin tapahtuu vapaakonvektiivista liikettä).

Seinän pinnalle muodostuu kondenssivesikalvo. Se virtaa alas, kun taas sen paksuus kasvaa jatkuvan kondensaation vuoksi (kuva ...). Kalvon lämpöresistanssista johtuen seinän lämpötila on huomattavasti alhaisempi kuin kalvon pinnan lämpötila ja tällä pinnalla tapahtuu pieni hyppy kondensaatin ja höyryn lämpötiloissa (vedellä hyppy on yleensä suuruusluokkaa 0,02–0,04 K). Höyryn lämpötila tilavuudessa on hieman korkeampi kuin kyllästyslämpötila.

Aluksi kalvo liikkuu vakaasti laminaarisesti - tämä on  laminaarinen järjestelmä . Sitten siihen ilmestyy aallot (suhteellisen suurella askeleella, kulkevat kalvon läpi ja keräävät kertyneen lauhteen, koska aallon paksummassa kerroksessa liikkeen nopeus on suurempi ja tällainen virtausjärjestelmä on energisesti edullisempi kuin tasainen ). Tämä on  laminaariaaltotila . Lisäksi, jos kondensaattia on paljon, järjestelmä voi muuttua  turbulentiksi .

Pystyputkissa kuva on samanlainen kuin pystyseinän tapauksessa.

Vaakasuuntaisessa putkessa kondensaation lämmönsiirto on suurempi kuin pystyputkessa (pienemmästä keskimääräisestä kalvonpaksuudesta johtuen). Liikkuvalla höyryllä lämmönsiirto lisääntyy, varsinkin kun kalvo puhalletaan pois.

Putkinipuissa (erityisesti lauhduttimissa) on seuraavat ominaisuudet:

1. Höyryn nopeudet pienenevät sen kulkiessa säteen läpi kondensoitumisen vuoksi.
2. Vaakasuorissa nipuissa lauhde virtaa putkesta putkeen toisaalta lisää kalvon paksuutta alemmissa putkissa, mikä vähentää lämmönsiirtoa, toisaalta lauhdepisaroiden putoaminen häiritsee kalvoa alemmissa putkissa, lisää lämmönsiirtoa.

Lämmönsiirron tehostaminen lauhduttimissa

Pääasiallinen tehostamistapa on pienentää kalvon paksuutta poistamalla se lämmönvaihtopinnalta. Tätä tarkoitusta varten pystysuoraan putkiin asennetaan kondenssivesikorkit tai kierretyt rivat. Esimerkiksi 10 cm:n välein asennetut korkit lisäävät lämmönsiirtoa 2-3 kertaa. Matalat rivat asetetaan vaakasuoraan putkiin, joita pitkin kondensaatti virtaa nopeasti. Höyrynsyöttö on tehokas ohuissa virroissa, jotka tuhoavat kalvon (lämmönsiirto lisääntyy 3–10 kertaa).

Kaasujen sekoittumisen vaikutus kondensaatioon

Kun höyry sisältää vähäisenkin seoksen kondensoitumattomia kaasuja, lämmönsiirto heikkenee jyrkästi, koska kaasu jää seinälle höyryn tiivistymisen jälkeen ja kerääntyessään estää höyryn siirtymisen seinää kohti. Joten, kun höyryssä on 1% ilmaa, lämmönsiirto vähenee 2,5 kertaa, 2% - yli 3 kertaa.

Kun höyry liikkuu, tämä vaikutus on paljon pienempi, mutta silti teollisuusasennuksissa ilma on pumpattava ulos lauhduttimista (muuten se vie laitteen tilavuuden). Ja he yrittävät sulkea pois hänen läsnäolonsa parista kokonaan.

Koska kondensaatio on käänteinen prosessi keittämiselle, peruslaskentakaava on olennaisesti sama kuin keittämisessä:

 on seinästä poistettu lämpövirta, W;  on faasimuutoslämpö, ​​J/kg.

Tämä kaava ei ota huomioon lämpöä höyryn jäähtymisestä kyllästyslämpötilaan   ja sitä seuraavaa kondensaatin jäähdytystä. Ne on helppo ottaa huomioon tunnetuissa lämpötiloissa höyryn tuloaukossa ja kondenssiveden lämpötiloissa ulostulossa. Mutta toisin kuin kiehumisen tapauksessa, tässä on vaikea arvioida edes suunnilleen Q:n arvoa lämmönsiirron pienestä lämpötilaerosta (höyrystä seinää jäähdyttävään jäähdytysnesteeseen). Kaavoja erilaisiin kondensaatiotapauksiin on saatavilla oppikirjoissa ja hakuteoksissa.

Tyydyttyneen höyryn kondensaatio

Aineen nestefaasin läsnäollessa kondensaatiota tapahtuu mielivaltaisen pienillä ylikyllästymisillä ja erittäin nopeasti. Tällöin haihtuvan nesteen ja tiivistyvien höyryjen välille syntyy liikkuva tasapaino. Clausius-Clapeyron-yhtälö määrittää tämän tasapainon parametrit - erityisesti lämmön vapautumisen kondensaation aikana ja jäähtymisen haihtumisen aikana.

Ylikylläisen höyryn tiivistyminen

Ylikyllästetyn höyryn esiintyminen on mahdollista seuraavissa tapauksissa:

• saman aineen nestemäisen tai kiinteän faasin puuttuminen.
• kondensaatioytimien puuttuminen  - ilmakehään suspendoituneet kiinteät hiukkaset tai nestepisarat sekä ionit (aktiivisimmat kondensaatioytimet).
• kondensaatio toisen kaasun ilmakehässä - tässä tapauksessa kondensaationopeutta rajoittaa höyryjen diffuusionopeus kaasusta nesteen pintaan.

Ydinfysiikan instrumentti, pilvikammio ,  perustuu ionien kondensaatioilmiöön.

Kondensaatioytimien puuttuessa ylikylläisyys voi olla 800-1000 prosenttia tai enemmän. Tässä tapauksessa kondensaatio alkaa höyryn tiheyden vaihteluista (aineen satunnaisen tiivistymisen pisteistä).

Tyydyttymättömän höyryn tiivistyminen

Tyydyttymättömän höyryn kondensoituminen on mahdollista jauhemaisten tai huokoisten kiintoaineiden läsnä ollessa. Kaareva (tässä tapauksessa kovera) pinta muuttaa tasapainopainetta ja käynnistää kapillaarikondensaation .

Solid State Condensation

Kondensaatio, joka ohittaa nestefaasin, tapahtuu pienten kiteiden muodostumisen kautta ( desublimaatio ). Tämä on mahdollista, jos höyrynpaine on alle kolmoispisteen paineen alennetussa lämpötilassa.

Kondensaatiota ikkunoissa

Ikkunoihin tiivistyy kylmänä vuodenaikana. Kondensaatiota ikkunoihin syntyy, kun pintalämpötila laskee alle kastepistelämpötilan . Kastepistelämpötila riippuu huoneen ilman lämpötilasta ja kosteudesta. Syynä kondensaatin muodostumiseen ikkunoihin voi olla sekä liiallinen kosteuden nousu huoneen sisällä, joka johtuu ilmanvaihdon rikkomisesta, että kaksinkertaisen ikkunan, metalli-muovikehyksen, ikkunalaatikon alhaiset lämmöneristysominaisuudet, ikkunan virheellinen asennussyvyys homogeeniseen seinään, väärä asennussyvyys suhteessa seinän eristekerrokseen, sen puuttuessa tai huonolaatuisessa ikkunan rinteiden eristyksessä.

Höyryn tiivistymistä putkissa

Kun höyry kulkee putken läpi, se tiivistyy vähitellen ja seinille muodostuu kondenssivesikalvo. Tällöin höyryn virtausnopeus G" ja sen nopeus pienenevät putken pituudelta johtuen höyryn massan pienenemisestä ja lauhteen virtausnopeus G kasvaa. Putkien kondensaatioprosessin pääpiirre on sen läsnäolo. höyryvirtauksen ja kalvon dynaamisesta vuorovaikutuksesta. Lauhdekalvoon vaikuttaa myös painovoima. Tästä johtuen putken suunnasta avaruudessa ja höyryn nopeudesta riippuen lauhteen liikkeen luonne voi olla erilainen .Pystyputkissa höyryn liikkuessa ylhäältä alas painovoimat ja höyryvirran dynaaminen vaikutus osuvat suuntaan ja lauhdekalvo virtaa alas. Lyhyissä putkissa, alhaisella höyryvirtauksen nopeudella, kalvo määräytyy pääosin painovoiman vaikutuksesta, samoin kuin paikallaan olevan höyryn kondensoituessa pystysuoralle seinälle Lämmönsiirron intensiteetti osoittautuu samaksi Höyryn nopeuden kasvaessa lämmön intensiteetti Tämä johtuu kondensaattikalvon paksuuden pienenemisestä, joka höyryn vaikutuksesta virta virtaa nopeammin. Pitkissä putkissa suurilla höyrynopeuksilla kuva prosessista tulee monimutkaisemmaksi. Näissä olosuhteissa havaitaan nesteen osittainen erottuminen kalvon pinnasta ja höyry-neste-seoksen muodostuminen virtauksen ytimeen. Tässä tapauksessa painovoiman vaikutus häviää vähitellen, ja prosessin säännöllisyydet lakkaavat olemasta riippuvaisia ​​putken suunnasta avaruudessa. Vaakasuuntaisissa putkissa, ei kovin suurilla höyryn virtausnopeuksilla, painovoiman ja höyryn kitkan vuorovaikutus kalvossa johtaa erilaiseen virtauskuvioon. Painovoiman vaikutuksesta lauhdekalvo virtaa alas putken sisäpintaa pitkin. Täällä kondensaatti kerääntyy ja muodostaa virran. Tämän liikkeen päällekkäin tekee kondensaatin liike pituussuunnassa höyryvirran vaikutuksesta. Tämän seurauksena lämmönsiirron intensiteetti muuttuu putken kehällä: se on korkeampi yläosassa kuin alaosassa. Vaakaputken poikkileikkauksen alaosan tulvimisen vuoksi lauhdevedellä keskimääräinen lämmönsiirtonopeus alhaisilla höyrynopeuksilla voi olla jopa pienempi kuin paikallaan olevan höyryn lauhtuessa samanhalkaisijaisen vaakaputken ulkopuolelle.

Katso myös

• Kondensaattori
• Kondensaatti

Muistiinpanot

1. ↑ Toim. I. L. Knunyants. KONDENSATION // Chemical Encyclopedia. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. – 1988.
2. ↑ Kondensaatiotyypit . Studiopedia. Käyttöpäivä: 6. joulukuuta 2017. Arkistoitu alkuperäisestä 7. joulukuuta 2017. (määrätön)

Linkit

• Kondensoitumisen käsite kemiallisen tietosanakirjan verkkosivustolla

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani Suuri katalaani Hienoa norjalaista Hienoa norjalaista Pieni Brockhaus ja Efron Britannica (verkossa)
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 119818886 J9U : 987007553041905171 LCCN : sh85030761