

凝結(jié)換熱
我們知道,凝結(jié)換熱屬于換熱速率十分之高的傳熱方式,故而在實(shí)際工業(yè)領(lǐng)域之中我們常需借助于凝結(jié)換熱(尤其是水的凝結(jié)換熱,水的換熱效率較其他較好)來提高換熱設(shè)備效率。
那么我們不禁要問,凝結(jié)換熱究竟是怎么回事呢?
我們先給凝結(jié)下個(gè)定義。
當(dāng)蒸氣(工質(zhì)的汽態(tài),包括水蒸汽)的溫度降低到與環(huán)境(可以是設(shè)備內(nèi)、大氣環(huán)境等等)壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度下時(shí),便發(fā)生凝結(jié)并釋放出潛熱。同時(shí),從汽態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)。
凝結(jié)有許多種形態(tài)。最常見的情況是蒸氣遇到低于飽和溫度的冷表面時(shí)發(fā)生表面凝結(jié)(工業(yè)中常見的膜狀凝結(jié)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的珠狀凝結(jié)),此外,還有不存在冷表面的均相凝結(jié)(比如蒸氣擴(kuò)壓流動(dòng)形成霧狀微液滴懸浮于氣態(tài)介質(zhì)中)、直接接觸凝結(jié)(蒸氣進(jìn)入冷液體之中或冷液體噴入蒸氣之中)等等,不一而足。
如前面所描述的,膜狀凝結(jié)是一種主要的工業(yè)領(lǐng)域換熱方式,那么接下來,我們將主要敘述膜狀凝結(jié)。
膜狀凝結(jié)成立于如下的敘述之中,即是凝結(jié)液(此處不單敘述水)能夠很好潤(rùn)濕固體表面,形成一層連續(xù)的液膜覆蓋住壁面,并在重力的作用之下沿豎壁下流。
實(shí)際上,當(dāng)形成液膜之后,蒸氣并不在冷壁面上,而是在液膜表面上凝結(jié),釋放的潛熱必須通過該液膜才能傳遞到冷表面上。而且,這液膜恰是膜狀凝結(jié)換熱的主要熱阻所在。這一點(diǎn),十分重要,之后我們敘述如何提高換熱速率與此關(guān)聯(lián)很大。
在膜狀凝結(jié)研究之中,研究者們對(duì)豎壁膜狀凝結(jié)、水平管束外的膜狀凝結(jié)兩方面研究較為細(xì)致、深入,至于其他方面,問題復(fù)雜,相關(guān)的研究薄弱不少。
理論上對(duì)于膜狀凝結(jié)換熱效率的研究形成了大量(據(jù)假設(shè)情況不同而關(guān)鍵因素不同)經(jīng)驗(yàn)公式,主要與導(dǎo)熱率、密度、溫度差、特征尺寸、潛熱等因素有關(guān),此處我們暫且不論。
我們主要討論的是一些工業(yè)生產(chǎn)中可控因素對(duì)于膜狀凝結(jié)換熱的影響。
1.蒸氣中含有不可凝氣體
如果冷凝蒸氣中含有不可凝結(jié)的氣體,像空氣或其他的氣體成分,將對(duì)凝結(jié)換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)產(chǎn)生極大負(fù)面影響。在一般冷凝溫差下,不可凝氣體的體積含量即使只有千分之二,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)也會(huì)下降20%--30%,若含量達(dá)到0.5%,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將減半。
在負(fù)壓運(yùn)行的工業(yè)冷凝器(或可針對(duì)于被加熱物質(zhì)而描述為加熱器)之中,含有不可凝氣體的威脅更大,將造成傳熱溫差的降低、熱阻的增大。
2.蒸氣的流速
理論上對(duì)于凝結(jié)換熱的研究基本不考慮流速問題,而實(shí)際生產(chǎn)之中,蒸氣總是有可觀的流速不能忽略不計(jì),故而,流速亦是一重要因素。
關(guān)于流速,恰當(dāng)?shù)牧魉偻梢允沟媚钅Y(jié)換熱的液膜變薄,減少熱阻,提高換熱效率。
3.凝結(jié)表面
凝結(jié)表面的狀況,包括形狀、表面粗糙度和氧化、腐蝕、污染等要點(diǎn)。以上所述的要點(diǎn)均可對(duì)換熱系數(shù)造成較大的影響。
注意事項(xiàng):
對(duì)于上述因素的討論,我們可以清楚地知道蒸氣應(yīng)當(dāng)有良好的品質(zhì)需要:
清除不可凝結(jié)氣體,故而設(shè)備前、管道排空氣裝置的應(yīng)用十分重要;
清除污染物,由此管道的過濾裝置應(yīng)用十分重要;
用熱設(shè)備、換熱器內(nèi)流速應(yīng)當(dāng)合適,所以適當(dāng)?shù)恼魵饬魉偈种匾4颂?,針?duì)于各種不同情況,應(yīng)以設(shè)備廠商推薦值為準(zhǔn)。
