ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возникновение пограничного слоя при конденсации водяного пара в твердое состояние из "Вакуумные конденсаторы химического машиностроения" Процесс конденсации пара охватывает две области область конденсации пара выше тройной точки и область конденсации ниже тройной точки. Общим для этих процессов является наличие фазового превращения, однако при изучении конденсации пара в твердое состояние между ними обнаруживается принципиальная разница. В то же время исследование процесса непосредственной конденсации пара в лед или десублимации дает возможность установить общие закономерности в области механизма фазового превращения. [c.84] В природе наблюдается движение потока жидкости (капельной или газообразной) вдоль неподвижной поверхности или движение твердого тела в неподвижной жидкости. В таком потоке при нормальных давлениях (при средней длине свободного пробега молекул газа порядка 10 см и меньше) большое значение имеют столкновения между молекулами. Столкновения между молекулами в реальном потоке приводят к появлению сил внутреннего трения или сил вязкости. При малых скоростях течения в потоке преобладают силы вязкости при увеличении скорости потока преимущественное значение приобретают силы инерции. Таким образом, все реальные жидкости обладают определенной вязкостью, которая проявляется при деформации в виде внутреннего трения. [c.84] Под действием вязкости в жидкости устанавливается движение, при котором слои, непосредственно прилегающие к неподвижным стенкам, имеют одинаковую с ними скорость, как бы прилипают к стенкам, а промежуточные слои скользят друг по другу и имеют определенные скорости. [c.84] То же самое происходит в такой среде и с температурой. В этом случае устанавливается градиент температуры, в направлении которого происходит передача тепла. [c.85] В процессе теплообмена в условиях высокого вакуума средняя длина свободного пробега молекул достигает размеров сосуда, содержащего газ. В этом случае молекула газа может достигать стенок сосуда без столкновений с другими молекулами и, следовательно, процесс передачи тепла не зависит от размеров системы. Молекулы не приходят в тепловое равновесие с поверхностью при единичном столкновении после отражения молекулы имеют энергию, соответствующую промежуточной температуре между ее начальной температурой и температурой поверхности. Эффективность передачи тепла при единичном столкновении изменяется в пределах от 10 до 90% и зависит от формы и природы поверхности и природы газа. [c.85] По-другому протекают процессы при конденсации пара. При движении жидкости в условиях нормальных давлений пограничный слой образуется в результате наличия сил трения между потоком жидкости и поверхностью, что приводит к явлению прилипания движущихся слоев к неподвижной поверхности. Эти силы в какой-то степени действуют и при конденсации. Но они пренебрежимо малы по сравнению с теми новыми явлениями, которые наблюдаются в процессе фазового превращения, в процессе образования кристаллов при конденсации в твердое состояние. [c.86] В случае конденсации на границе раздела фаз пар — твердое тело (т. е. в местах конденсации) причиной возникновения пограничного слоя является избыток энергии кристаллизации, теплоты фазового превращения, а не силы трения. Избыточная теплота фазового превращения не в состоянии с такой же скоростью отвестись теплопроводящей системой, с какой она выделяется при кристаллизации, и поэтому она должна куда-то израсходоваться. Потребителем этой энергии является только что образовавшийся из пара лед. На его испарение и расходуется неотведенная энергия. Возникновение спонтанного испарения порождает условия образования завихрений у поверхности конденсации этот слой служит основным препятствием при движении пара к поверхности. Другими словами, спонтанный слой на границе раздела фаз тормозит движение пара к стенке и образует пограничный слой. С нахождением аналитической функции для выражения спонтанного испарения решается задача переноса тепла в случае конденсации. Эта задача в некоторой степени подобна задаче гидродинамической теории теплообмена, где определяется количество тепла путем определения количества движения в рассматриваемом случае количество тепла определяется количеством массы вещества. [c.86] На фиг. 45 схематически показана область пограничного слоя при конденсации пара в твердое состояние. [c.87] Через слой 3, названный пограничным слоем, пар движется к поверхности конденсации, где происходит схватывание —воссоединение со льдом. [c.87] Условия возникновения пограничного слоя при конденсации пара в вакууме зависят от разрежения среды. [c.87] Вначале рассмотрим образование пограничного слоя в высоком вакууме (Л и в среднем вакууме (А й), а затем при конденсации в вязкостном режиме в условиях А ( до тройной точки. [c.87] Возникновение пограничного слоя в условиях высокого вакуума. [c.87] Яотв —теплота фазового превращения, которая отводится теплопроводящей системой от координат образования кристаллов. [c.88] Образование любого кристаллического вещества начинается с процессов адсорбции молекул. Если на поверхности нет свободных молекул, т. е. молекул, не вошедших в кристаллическую систему, то любая молекула, упавшая на поверхность, адсорбируется на этой поверхности при наличии термодинамических условий, как бы поджидает следующие молекулы, необходимые для образования кристаллической решетки. Как только адсорбировалось нужное количество молекул, сразу создается кристаллическое образование, которое мгновенно воссоединяется (схватывается) с кристаллами вещества. [c.88] Развитие пограничного слоя в условиях среднего вакуума. С увеличением плотности падения молекул на единицу поверхности, т. е. с увеличением давления пара, нарушается и соответствие между выделением тепловой энергии при кристаллизации и ее отводом. [c.88] Значение А 7 определяется только режимом конденсации. Чем больше давление пара, тем больше А . Если ts.q = О, то мы снова возвращаемся к условиям высокого вакуума. Если есть избыток энергии, то естественно было предположить, что эта энергия расходуется на разрушение только что образовавшихся кристаллов, на спонтанный распад образовавшегося льда. [c.88] В условиях вязкостного режима (до значений давления, при которых начинается конденсация в жидкое состояние) толщина пограничного слоя возрастает. Это обусловлено бурным ростом выделяемой теплоты фазового превращения, которая в большей степени тратится на разрушение только что образовавшегося льда, чем отводится через теплопроводящую систему аппаратуры (слой сублимационного льда и стенку аппарата). [c.89] Распределение образующегося конденсата на охлаждаемой поверхности при конденсации чистого пара выражается функцией распределения (29). [c.89] Конденсация пара —это процесс, широко распространенный в природе и имеющий первостепенное значение для ее существования и развития. В природе и технике конденсация пара очень часто происходит в присутствии посторонних, иеконденсирующихся при данных условиях, газов (главным образом воздуха), которые оказывают существенное влияние на процесс конденсации. [c.90] Механизм взаимного столкновения молекул пара связан с длиной среднего свободного пробега молекул и с геометрическими размерами конденсатора. [c.91] Вернуться к основной статье