Конденсация, формулы конденсации

Конденсация, формулы конденсации

Конденсация, формулы конденсации

Конденсацию делят на происходящую:

  • в объеме;
  • на поверхности.

Переход газа в жидкость

Допустим, что у нас имеется некоторая масса пара. При постоянном давлении будем понижать температуру этого пара. Температуру опусти ниже точки росы. При таких условиях должна образовываться смесь, состоящая из двух фаз, компонентами которой являются:

  • жидкость,
  • насыщенный пар.

Однако эмпирически установлено, что возникновение капель жидкости возможно только в случае присутствия в газе центров конденсации. Такими центрами конденсации становятся:

  • пылинки;
  • ионы газов;
  • шероховатости поверхностей твердых тел и др.

Определение 1

Превращение газообразного вещества в жидкость (реже в твердое вещество) называют конденсацией.

Для паров, которые не контактируют ни с жидкостью, ни твердыми веществами способными к адсорбции, основным условием возникновения процесса конденсации является наличие центров конденсации.

Замечание 1

При отсутствии центров конденсации, процесс конденсации может начинаться в местах изменения (флуктуации) плотности пара.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Процесс конденсации является обратным к процессу испарения. При равенстве количества молекул, которые уходят из жидкости в пар, количеству молекул, возвращающихся из пара в жидкость говорят о состоянии динамического равновесия.

Температура называется критической, если она является максимальной и ниже нее возникает процесс конденсации.

Конденсация возможна из насыщенного и ненасыщенного пара.

Насыщенный пар

Определение 2

Пар, который находится в равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

Теперь рассмотрим процесс сжатия паров воды или эфира.

На первом этапе давление газа будет увеличиваться. Данный рост давления будет идти до тех пор, пока давление не станет равным давлению насыщенного пара при заданной температуре.

Давление пара прекращает свой рост, начинается конденсация пара в жидкость. Объем, где происходит сжатие, содержит не одно вещество – газ, возникает граница вещества, находящегося в двух состояниях: жидкость – газ.

Используя метод, приведенный выше, ученым XIX века удалось превратить в жидкость ряд веществ, которые были известны только в газообразной фазе. Так получили жидкие хлор и углекислый газ, производя их сжатие при низкой температуре.

В системе, состоящей из двух фаз, жидкость и ее пар находятся в динамическом равновесии и при заданной температуре обладают определёнными плотностями и давлениями.

Пар имеет наименование насыщенный, так как его невозможно «уплотнить» при заданной температуре. При попытке увеличения давления часть насыщенного пара переходит в жидкую фазу.

Данный процесс идет в системе двух фаз при изменении ее объема.

Плотность насыщенного пара при температуре $T_1$ составит:

$\rho _{n1}=\frac{m}{V_1}\left(1\right),$

где $V_1$ — объем насыщенного пара при $T_1$.

При температуре $T_2$ плотность пара составит:

$\rho_{n2}=\frac{m}{V_2}\left(2\right).$

Если температура увеличивается ($T_1$ < $T_2$), то $\rho_1

Плотность насыщенного пара растет с увеличением температуры.

Замечание 2

При увеличении температуры плотность жидкости уменьшается.

Если температура системы увеличивается и приближается к некоторому критическому значению, разность плотностей жидкой и газообразных фаз уменьшается, и в некоторой критической точке плотности фаз становятся равными:

$\rho _{kr}=\frac{m}{V_{kr}}\left(3\right).$

Рисунок 1. Состояние насыщенного пара. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

На рис.1 имеется горизонтальный отрезок, соответствующий состоянию насыщенного пара. Поскольку отрезок горизонтален, то:

${\left(\frac{\partial p}{\partial V}\right)}_T=0\left(4\right)$

Формула (4) показывает, что на указанном отрезке давление (плотность) не зависит от объема. Данный факт свидетельствует о том, что при увеличении плотности частиц в некоторой области, не появляются силы давления, которые стремились бы уменьшить эту плотность. Поэтому в критическом состоянии флуктуации плотности велики.

В двухфазной системе газ – жидкость, конденсация возникает при весьма малых пересыщениях и проходит с большой скоростью. При этом формируется состояние подвижного равновесия фаз системы. Выделение теплоты при конденсации определяют при помощи уравнения Клайперона — Клаузиуса.

Пересыщенный пар

При отсутствии центров конденсации капли жидкости не возникают, пар переходит в метастабильное состояние – пересыщенный (или переохлажденный) пар.

Одним из вариантов получения пересыщенного пара является процесс изотермического уменьшения объема до давления, которое выше, чем давление насыщенного пара при заданной температуре. График, связывающий давление пересыщенного пара и его объем изображен на рис.1.

Теплота фазового перехода

В системе двух фаз, состояния вещества имеют одинаковую температуру. При уменьшении объема некоторая доля пара переходит в жидкость, при этом для поддержания температуры неизменной от системы должна отводится часть теплоты. Данная теплота расходуется на изменение фазового состояния вещества и именуется теплотой фазового превращения (скрытой теплотой перехода).

Фазовые переходы, которые происходят с поглощением или выделением скрытой теплоты перехода называют фазовыми переходами первого рода.

Конденсация является фазовым переходом первого рода.

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса связывает давление, при котором находится в динамическом равновесии система двух фаз, и ее температуру.

$\frac{dp}{dT}=\frac{L}{T\left(V_1-V_2\right)}\left(5\right),$ где:

  • $L$ — скрытая теплота фазового перехода;
  • $V_2$ — объем жидкой фазы;
  • $V_1$ — объем газообразной фазы.

Уравнение (5) дает возможность определить давление как функцию от температуры.

Данное уравнение было получено в 1834 году французским инженером – исследователем Б. П. Э. Клайпероном, который рассмотрел цикл с рабочим телом в виде системы двух фаз (жидкости и насыщенного пара). Р.Ю. Клаузиус данное уравнение получил теоретически на основании второго начала термодинамики.

Уравнение Клапейрона — Клаузиуса можно применять для описания всех фазовых переходов первого рода.

Для проведения интегрирования уравнения (5) необходимо определить какова связь между теплотой конденсации (испарения) и температурой.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/kondensaciya_formuly_kondensacii/

Теплоотдача при конденсации паров

Конденсация, формулы конденсации

Конденсация – процесс перехода пара (газа) в жидкое или твердое состояние (десублимация). При конденсации пара выделяется теплота фазового перехода (скрытая теплота парообразования), поэтому процесс конденсации неразрывно связан с теплообменом.

Условия протекания стационарного процесса конденсации:

1) температура стенки должна быть ниже температуры насыщения при данном давлении ();

2) отвод теплоты от поверхности, на которой образуется конденсат.

Различают три вида конденсации: пленочную, капельную и смешанную. Пленочная конденсация возможна при условии смачивания конденсирующейся жидкостью данной поверхности. При этом конденсат стекает с поверхности теплообмена в виде пленки. На плохо смачивающихся (загрязненных) поверхностях наблюдается капельная конденсация, при которой конденсат образуется в виде капель разных размеров.

При смешанной конденсации на разных участках поверхности теплообмена одновременно происходит и капельная и пленочная конденсация.

Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации значительно ниже, чем при капельной из-за значительного термического сопротивления пленки конденсата.

В теплообменных устройствах пленочная конденсация наблюдается значительно чаще, чем капельная, поэтому в нашем кратком курсе рассмотрим только расчет теплоотдачи при пленочной конденсации.

Критерий Рейнольдса при конденсации

Интенсивность теплоотдачи при пленочной конденсации зависит от режима течения пленки конденсата, который определяется по значению критерия Рейнольдса – определяющему критерию гидродинамического подобия

, (5.6)

где  – средняя скорость течения пленки в данном сечении, м/с; d – толщина пленки, м;  – кинематический коэффициент вязкости пленки, м2/с, определяемый для жидкости в состоянии насыщения.

При течении пленки конденсата различают три режима: ламинарный, волновой и турбулентный. Волновой режим течения характеризуется наличием волн на поверхности ламинарной конденсатной пленки.

Экспериментально установлено критическое число Рéйнольдса при течении пленки конденсата Reкр » 400.

При Re < Reкр наблюдается ламинарный режим течения пленки, а при Re ³ Reкр – волновой и турбулентный режимы течения.

Получим определяемый критерий при конденсации – безразмерный коэффициент теплоотдачи. Для этого запишем уравнение теплового баланса (5.5) для процесса конденсации на вертикальной плоскости высотой H и шириной (см. рис.5.2):

, (5.7)

где – площадь поверхности теплообмена.

Расход конденсата найдем по уравнению неразрывности

, (5.8)

где  – плотность пленки, кг/м3;  – толщина пленки, м;  – площадь поперечного сечения конденсатной пленки.

Подставляя значение расхода в уравнение теплового баланса, получим

,

откуда

. (5.9)

Заменив произведение  в формуле критерия Рéйнольдса (5.6) выражением (5.9), окончательно находим:

, (5.10)

где  – динамический коэффициент вязкости конденсата, Па·с.

Анализируя формулу (5.10) можем сделать вывод о том, что при пленочной конденсации пара критерий Рейнольдса является и определяющим и определяемым критерием.

Замечание. Рассуждая аналогично, несложно получить определяемый критерий Рейнольдса при конденсации на горизонтальной трубе:

, (5.10’)

где Dтр – наружный диаметр трубы.

Пленочная конденсация на вертикальной поверхности

Схема движения пленки и теплоотдачи при пленочной конденсации пара на вертикальной поверхности показана на рис. 5.2. Без вывода запишем формулы для расчета основных гидродинамических параметров пленки и коэффициента теплоотдачи при ламинарном режиме течения.

Средняя в данном сечении скорость движения пленки:

, (5.11)

где м/с2 – ускорение свободного падения; x – координата, отсчитываемая от верхней точки поверхности, м; – толщина пленки конденсата в данном сечении

. (5.12)

Рис. 5.2. К расчету пленочной конденсации пара на вертикальной поверхности

Локальный коэффициент теплоотдачи рассчитывается по формуле

. (5.13)

где – коэффициент теплопроводности пленки конденсата, Вт/(м·К).

Анализ формул (5.12) и (5.13) показывает, что толщина конденсатной пленки увеличивается вниз по течению по закону , а коэффициент теплоотдачи – уменьшается по закону .

Найдем средний по всей поверхности коэффициент теплоотдачи

Или вычислив значение числового коэффициента , окончательно получим

. (5.14)

Формула (5.14) предложена немецким ученым Нуссельтом в 1916 году и носит его имя.

Внимание! Физические свойства жидкой пленки находят в справочнике по температуре насыщения при данном давлении.

Из последней формулы видно, что коэффициент теплоотдачи уменьшается с увеличением температурного перепада по закону . Однако тепловой поток растет с увеличением разности температур , хотя и более медленно, чем при конвективной теплоотдаче в однофазных средах. Действительно

.

Для учета зависимости физических свойств конденсата от температуры и волнового течения пленки в расчет вводят соответствующие поправки  и

, (5.15)

где  – коэффициент теплоотдачи, рассчитываемый по формуле Нуссельта (5.14).

Поправку, учитывающую зависимость физических свойств пленки от температуры рассчитывают по формуле

, (5.16)

в которой  и коэффициенты теплопроводности и динамической вязкости, найденные из справочника по температуре насыщения (Tн), а и  – те же коэффициенты, найденные по температуре стенки (Tw).

Поправка на волновое число имеет вид:

. (5.17)

Пленочная конденсация на наклонной поверхности

Средний коэффициент теплоотдачи на наклонной поверхности (рис. 5.3) рассчитывается по формуле:

, (5.18)

где – коэффициент теплоотдачи, рассчитываемый по формуле Нуссельта для вертикальной поверхности;  – угол между направлением силы тяжести и осью Ox, направленной вдоль поверхности теплообмена.

Рис. 5.3. К расчету пленочной конденсации пара на наклонной поверхности

Пленочная конденсация на горизонтальной трубе

Средний коэффициент теплоотдачи при пленочной конденсации на горизонтальной трубе (рис. 5.4) при ламинарном течении пленки конденсата рассчитывают по формуле Нуссельта, которая в этом случае имеет вид

, (5.19)

где dтр – наружный диаметр трубы, м.

Формула (5.19) справедлива для ламинарного режима течения пленки, который имеет место, если выполняется условие:

, (5.20)

где  – сила поверхностного натяжения пленки, Н/м, принимаемая по справочным данным при температуре насыщения.

Рис. 5.4. К расчету пленочной конденсации пара на горизонтальной трубе

Критериальная форма записи выражений для расчета среднего коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации

А. Вертикальная поверхность

При ламинарном течении пленки конденсата, который имеет место при Z < 2300 безразмерный коэффициент теплоотдачи – критерий Рейнольдса равен

Re = 0,943 Z3/4, (5.21)

где ; H – высота вертикальной стенки или вертикальной трубы; Z – приведенная высота стенки

,

в которой – критерий Галилея.

Для расчета процесса конденсации на стенках большой высоты в технической литературе рекомендуют следующую формулу:

, (5.22)

где Prн и Prw критерии Прандтля, найденные по справочным данным для конденсата по температуре насыщения и температуре стенки соответственно.

При Z = 2300 из формулы (5.22) получаем Re = 894/3 » 400 – критическое число Рейнольдса. При Z < 2300 по формуле (5.22) рассчитывают  при пленочной конденсации для ламинарного режима течения пленки, а при Z > 2300 – для волнового и турбулентного режимов.

Б. Горизонтальная труба

Критериальные уравнения для расчета безразмерного коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара на горизонтальной трубе для ламинарного режима течения () пленки имеют вид

, (5.23)

где  – критерий Рейнольдса; Rтр – наружный радиус трубы; Z – приведенный расчетный размер трубы

. (5.24)

Факторы, влияющие на процесс пленочной конденсации неподвижного пара

А. Влияние скорости движения пара

Все вышеуказанные формулы расчета теплообмена при конденсации пара получены при допущении малой скорости движения пара в теплообменном устройстве. В этом случае пар можно считать неподвижным. Если скорость пара достаточно велика и поток пара оказывает влияние на течение конденсатной пленки, то это явление учитывают при помощи поправочного коэффициента на движение пара

,

где  – поправочный коэффициент, расчет которого приводится в справочной литературе, например [], для конкретного типа теплообменного устройства.

Б. Влияние влажности и перегрева пара

Все вышеуказанные формулы были получены для расчета теплоотдачи при пленочной конденсации сухого насыщенного водяного пара (т.4 на рис.5.1). В теплообменник пар может поступать, как в перегретом (т.5 на рис.

5.1), так и во влажном насыщенном состоянии (т.3 на рис.5.1). Отличие состояния пара от сухого насыщенного учитывают при расчете теплового потока фазового перехода, входящего в уравнение теплового баланса.

Для влажного насыщенного водяного пара

,

где Q – тепловой поток от пара к стенке при конденсации, Вт; G – расход конденсата, кг/с; r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг; – степень сухости пара.

Для перегретого пара

,

где  – удельная теплота перегрева, Дж/кг; cп – теплоемкость перегретого пара, Дж/(кг·K); и  – удельные энтальпии перегретого пара (точка 5) и сухого насыщенного водяного пара (точка 4).

В. Влияние неконденсирующихся газов в паре

Если в водяном паре присутствуют неконденсирующиеся газы (например, воздух), то теплоотдача резко снижается.

В этом случае воздух на поверхности пленки конденсата создает воздушную прослойку, препятствующую конденсации пара (см. рис. 5.5).

Экспериментально получено, что присутствие в паре 1% воздуха уменьшает теплоотдачу приблизительно в два раза. Поэтому воздух необходимо удалять из теплообменных аппаратов.

Рис. 5.5. Схема конденсации смеси пар-воздух:

 – поток смеси;  – поток воздуха;  – поток пара;

 – давление смеси;  – давление воздуха;  – давление пара

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_28942_teplootdacha-pri-kondensatsii-parov.html

Конденсация

Конденсация, формулы конденсации

  • Конденсация
  • Примеры решения и задачи с методическими указаниями
  • Если пар герметизирован в контейнере, где температура стенок ниже температуры насыщения, начинается конденсация пара на стенках. Тепло, выделяющееся в результате этого процесса, должно быть удалено через стену. В 1916 Году В. Нусерт. [226], используя теорию пленочной конденсации, он рассчитал соответствующий теплообмен Рисунок 12-1. Толщина конденсационной пленки и кривая распределения температуры и скорости вертикальной стенки. В этом процессе.

Нуссельт исходил из того, что конденсат образует на стенках тонкую сплошную пленку, а интенсивность теплового потока определяется тепловым сопротивлением этой мембраны. Здесь тоже рассмотрим простейший случай-конденсацию на вертикальной стенке при постоянной температуре tw.

Конденсат образует пленку, которая под действием силы тяжести постепенно стекает вниз и возобновляется, из-за чего пар постоянно condenses. At у верхнего края стенки толщина равна нулю, а толщина уменьшается, как показано на рисунке 5. 12-1.

Если для системы известны её термическое и калорическое уравнения состояния, то тем самым задано полное термодинамическое описание системы и можно вычислить все её термодинамические свойства. Людмила Фирмаль

«Предположим, что на расстоянии x от верхнего края толщина пленки равна q, а поле скоростей пленки подчиняется закону параболы. Сконденсированной пленки, но увеличенной в направлении пленки、 (12-1) В этом уравнении y-расстояние от стены. U-скорость конденсации вниз на границе с паром.

Поскольку вектор теплового потока конденсации перпендикулярен направлению движения конденсата в пленке, температурное поле практически линейно, температура пара на границе между температурой стенки tₛ и пленкой конденсата является температурой. Niya.

It может показаться удивительным, что температурное поле в этом случае имеет иную форму, чем пограничный слой жидкости или газа (см. § 6-4).

Это объясняется тем, что в ранее изученной задаче все тепло, передаваемое стенкам, происходит внутри пограничного слоя, но в этом случае за счет конденсации пара все тепло выделяется на внешней поверхности пленки жидкости.

Исходя из вышеизложенного, тепло, передаваемое через конденсированный мембранный элемент высотой dx и 1 измерения в горизонтальном направлении вдоль стенки, определяется по следующему уравнению: йд = л-ДХ (tₛ-ТВт).

(12-2) Коэффициент теплопередачи a можно снова определить из уравнения.  йд = adx (по tₛ-ТДж.

Отсюда Скорость, с которой конденсат течет через печь, может быть рассчитана с использованием уравнений равновесия рассматриваемых элементов. Вес элемента должен уравновешиваться напряжением трения t на поверхности пластины. Gp3dx =xdx.

Силы ускорения и давления игнорируются как несущественные. Используйте уравнение Ньютона (6-2) для выражения напряжения трения, решите уравнение для градиента скорости на стенке и получите следующее: (ду _2u■в gp3 — ды) Ж-1 т ’ Откуда? (7 = -8′. 2р.

— Таким образом, выражение (12-1) изменяется на следующий вид: «= — ts, (2+ — £).

Средняя скорость секции x um составляет 2 / ₃maxi Кривая скорости a распределения параболы: „М = < ⁸ *- (12-4) Конденсат следующей массы проходит через сечение х. G = p “ ₘ⁸-f⁸»> Через поперечное сечение на расстоянии dx в направлении движения конденсата, жидкость проходит только ДГ = 8m8.

(12-5) Это увеличение происходит за счет конденсации пара. Если подставить значение dq = ifgdgy в Формулу (12-2), то ifg-это скрытая теплота испарения на единицу массы жидкости. ДГ = — ± — ДХ (Т-tₐ) (12-6) Фе И если мы уравняем правую часть уравнения (12-5) и  (12-6), то получим уравнение.

Dxifₛg? Т [ы] .

Путем интеграции、 Ил — _ т} х Если коэффициент вязкости заменить на коэффициент кинематической вязкости v, то для толщины пленки состояния получается следующая формула: Конденсатор.

Х  (tₛ_fw) х Кроме того, коэффициент теплопередачи выглядит следующим образом: «В» В виде критерия он имеет вид: (12-7) (12-8) (12-9) 4А(-М) Решение (12-8) обеспечивает локальное значение коэффициента Теплопередающая лента на расстоянии х от верхнего края печи. Среднее значение коэффициентов для всего расстояния определяется по формуле а =7₃a.

(12-10) Согласно формуле (12-9), значение критерия Нусельта зависит от безразмерной величины в правой части уравнения. Это число иногда называют критерием Шервуда.

Физические параметры формулы связаны с конденсатом. Когда толщина конденсированной пленки достигает определенного значения, кинетический режим становится турбулентным.

Теплопередача через турбулентную конденсированную пленку может быть рассчитана методом, связанным с турбулентностью жидкости или газа вдоль пластины. Такой расчет осуществляется с помощью w.  grigule [l. 227].

Результаты расчетов показывают, что для турбулентных конденсированных пленок критерий нуссельта является функцией безразмерного значения уравнения (12-9) и критерия Прандтля конденсата.

Примеры решения и задачи с методическими указаниями

Решение задачЛекции
Расчёт найти определенияУчебник
  • Уравнение теплопередачи для турбулентных конденсированных пленок очень сложное. Поэтому удобнее использовать значение коэффициента теплопередачи, которое показано на рисунке. 12-2. In на этом рисунке значение критерия Рейнольдса для конденсированной пленки строится как функция безразмерной величины Критериями пракдтл считаются параметры. Значение критерия Рейнольдса является толщина мембраны конденсатора 6 и средняя конденсации курс единой системы обмена сообщениями re₄=! (12-11) Среднее значение коэффициента теплоотдачи рассчитывают исходя из того, что тепло, поступающее в стенку по всей длине x, образуется за счет выделения конденсатом скрытой теплоты конденсации, проходящей через поперечное сечение пленки в точке x. » ( Кес = Чу * * 300 Дамнан !Соosосоogсог .Ч, ч, ч .ОД-1, 4 1-3 .5 60 .65 .70 .74 .3 .65 5 0 .98 2 .5 0 .98 2 .7 098 3 .1 0 .98> 3 .5 3 .65 .Agftpfyts-tuJz7, 082tf₉p* ⁴2 Рисунок 12-2 .Ламинарный поток и Турбулентный режим оттока[л . 374] .3 .Эта зависимость показана на рисунке .12-2 ломаная линия .Режим турбулентности характеризуется пучком из 2 линий на рисунке .12-2 .1 из них относится к критическому значению критерия Рейнольдса перехода к турбулентному Rec = 400, еще 1 относится к переходу к Rec = 300 . Для каждой конкретной термодинамической системы её уравнения состояния устанавливают по экспериментальным данным или находят методами статистической физики, и в рамках термодинамики они считаются заданными при определении системы. Людмила Фирмаль Сравнивая взаимное расположение линий и точек, можно сделать вывод, что расчетные данные Rec = 300 хорошо согласуются с reality .In область ламинарного движения, теория нуссельта подкреплена опытом .Нуссельт также рассчитал теплопередачу при конденсации в горизонтальной кольцевой трубе .Результаты этих расчетов можно свести к следующему: среднее значение коэффициента теплопередачи горизонтальной трубы диаметром d равно среднему значению коэффициента теплопередачи вертикальной стенки на высоте x = 2, 5 D .Если сверху и снизу расположено несколько горизонтальных труб, то конденсат будет перетекать из верхней трубы в нижнюю .one .As в результате этого теплопередача каждой последующей трубы (рис .12-3) уменьшается .По расчетам Нуссельта, во 2-й трубе тепловой поток составляет всего 60% от теплового потока первой трубы .Такое снижение теплопередачи можно значительно уменьшить, применив расположение труб по схеме J’inabo (рис .12-4) .Справедливость теории пленочной конденсации нуссельта подтверждается многими экспериментами .Однако в некоторых случаях могут быть получены более высокие экспериментальные данные .E . Schmidt, V .Schurig>и V .Cell shop[L . A .228]указывают на то, что это связано с тем, что конденсат не всегда образует сплошную пленку, а пар иногда конденсируется в виде мелких капелек, постепенно увеличиваясь, а затем стекает вниз, собирая капли всего конденсата вдоль поверхности .way .In в этих местах сразу же появятся новые мелкие капельки .Рисунок 12-5 показывает этот тип капельницы condensation .It понятно, что теплопередача при капельной конденсации выше, чем в случае пленочной конденсации .В США было проведено множество экспериментов по выявлению условий, присущих конденсации пленок и капель .Чистый пар на чистой поверхности всегда образует пленку конденсата .Примеси и поверхностные загрязнения в паре способствуют образованию капель при конденсации .Особенно это касается жирных кислот .Образование капель происходит чаще на шероховатой поверхности Smooth .In стальные и алюминиевые трубки, в нормальных условиях, конденсация фильма всегда происходят .Трудно достоверно предсказать, когда произойдет конденсация, поэтому рекомендуется провести расчеты !Пленку всегда производят по конденсирующей формуле .Перегретый пар характеризуется коэффициентом теплопередачи, примерно таким же, как и насыщение .Если .. Я. .Рисунок 12-3 .3 .конденсация пленки трубы в расположении прохода .Я .. Рисунок 12-4. Пленочный конденсат на трубе при размещении по схеме jinabo. Рисунок 12-5. Капельная конденсация[л.  375]. Сконденсированный газ смешивается с паром, последний конденсируется вблизи поверхности конденсата, тем самым повышая общее тепловое сопротивление тепловому потоку. Таким образом, теплопередача значительно снижается.Этот вопрос будет рассмотрен более подробно в части «d», касающейся массопереноса. Пример 12-1. Насыщенный водяной пар образует конденсированную пленку на вертикали wall. It необходимо рассчитать коэффициент теплопередачи на расстоянии 76, 2 л от верхнего края стенки. Давление пара 0, 1 кг}см2 соответствующая температура насыщения / i = 45, 6 ° c температура стенки / w = 40, 6°c из таблицы водяного пара, g = 572 ккал) кг плотность p = 995 кг / и 3 известны. Из таблицы приложений: в =0, 0605-10-⁵m сек Х = 0, 545 ккал! Х-м-привет.Здесь мы определяем безразмерную величину по формуле (12-9). _ 9. 81 «955-572(0. 0762) ’-3 600 4vx (_/ₐ) — 4-0, 0605. 0, 545. Значения i0 » с-5-в34-101′ Критерии нуссельта*. Ну = 1. 34-1О ’ » = 1. 08-10 *. Отсюда определяется локальное значение коэффициента теплоотдачи 0 545 а= q762 «’ 1, 08-103= = 7⁷⁴⁰kcal! М2-ч-град И высота в среднем 76, 2 мм: а = 4 / 3-7 740 = 10 300 ккал! М2-Ч’град. Средний коэффициент теплопередачи для горизонтальной трубы диаметром d = 30, 4 мм будет таким же. Это свидетельствует о том, что значение коэффициента теплопередачи в момент конденсации очень велико.

Источник: https://9219603113.com/kondensaciya/

Испарение и конденсация. Кипение жидкости – FIZI4KA

Конденсация, формулы конденсации

ОГЭ 2018 по физике ›

1.Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарения и кипения.

Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре. Так, лужи высыхают и при 10 °С, и при 20 °С, и при 30 °С. Таким образом, испарением называется процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий с поверхности жидкости при любой температуре.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества испарение жидкости объясняется следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в непрерывном движении, имеют разные скорости.

Наиболее быстрые молекулы, находящиеся на границе поверхности воды и воздуха и имеющие сравнительно большую энергию, преодолевают притяжение соседних молекул и покидают жидкость.

Таким образом, над жидкостью образуется пар.

Поскольку из жидкости при испарении вылетают молекулы, обладающие большей внутренней энергией по сравнению с энергией молекул, остающихся в жидкости, то средняя скорость и средняя кинетическая энергия молекул жидкости уменьшаются и, следовательно, температура жидкости уменьшается.

Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости. Так, скорость испарения эфира больше, чем скорость испарения воды и растительного масла. Кроме того, скорость испарения зависит от движения воздуха над поверхностью жидкости. Доказательством может служить то, что бельё сохнет быстрее на ветру, чем в безветренном месте при тех же внешних условиях.

Скорость испарения зависит от температуры жидкости. Иапример, вода при температуре 30 °С испаряется быстрее, чем вода при 10 °С.

Хорошо известно, что вода, налитая в блюдце, испариться быстрее, чем вода такой же массы, налитая в стакан. Следовательно, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

2.Процесс превращения вещества из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией.

Процесс конденсации происходит одновременно с процессом испарения. Молекулы, вылетевшие из жидкости и находящиеся над её поверхностью, участвуют в хаотическом движении. Они сталкиваются с другими молекулами, и в какой-то момент времени их скорости могут быть направлены к поверхности жидкости, и молекулы вернутся в неё.

Если сосуд открыт, то процесс испарения происходит быстрее, чем конденсация, и масса жидкости в сосуде уменьшается. Пар, образующийся над жидкостью, называется ненасыщенным.

Если жидкость находится в закрытом сосуде, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё, но с течением времени плотность пара над жидкостью возрастет настолько, что число молекул, покидающих жидкость, станет равным числу молекул, возвращающихся в неё. В этом случае наступает динамическое равновесие жидкости с её паром.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Если сосуд с жидкостью, в котором находится насыщенный пар, нагреть, то вначале число молекул, вылетающих из жидкости, увеличится и будет больше, чем число молекул, возвращающихся в неё. С течением времени равновесие восстановится, но плотность пара над жидкостью и соответственно его давление увеличатся.

3. В воздухе всегда содержится водяной пар, являющийся продуктом испарения воды. водяного пара в воздухе характеризует его влажность.

Абсолютной влажностью воздуха ​\( (\rho) \)​ называют массу водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, или плотность водяного пара, содержащегося в воздухе.

Если относительная влажность равна 9,41·10-3 кг/м3, то это означает, что в 1 м3 содержится 9,41·10-3 кг водяного пара.

Для того чтобы судить о степени влажности воздуха, вводят величину, называемую относительной влажностью.

Относительной влажностью воздуха ​\( (\varphi) \)​ называют величину, равную отношению плотности водяного пара ​\( (\rho) \)​, содержащегося в воздухе (абсолютной влажности), к плотности насыщенного водяного пара ​\( (\rho_0) \)​ при этой температуре:

\[ \varphi=\frac{\rho}{\rho_0}100\% \]

​Обычно относительную влажность выражают в процентах.

При понижении температуры ненасыщенный нар может превратиться в насыщенный. Примером такого превращения является выпадение росы и образование тумана. Так, летним днём при температуре 30 °С плотность водяного пара равна 12,8·10-3 кг/м3. Этот водяной пар является ненасыщенным. При понижении вечером температуры до 15 °С он уже будет насыщенным, и выпадет роса.

Температуру, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, называют точкой росы.

Для измерения влажности воздуха используют прибор, называемый психрометром.

Психрометр состоит из двух термометров, один из которых сухой, а другой — влажный (рис. 74). Термометры прикреплены к таблице, в которой по вертикали указана температура, которую показывает сухой термометр, а по горизонтали — разность показаний сухого и влажного термометров. Определив показания термометров, по таблице находят значение относительной влажности воздуха.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20 °С, показание влажного термометра — 15 °С. Разность показаний 5 °С. По таблице находим значение относительной влажности ​\( \varphi \)​ = 59%.

4. Второй процесс парообразования — кипение. Наблюдать этот процесс можно с помощью простого опыта, нагревая воду в стеклянной колбе.

При нагревании воды в ней через некоторое время появляются пузырьки, в которых содержатся воздух и насыщенный водяной пар, который образуется при испарении воды внутри пузырьков.

При повышении температуры давление внутри пузырьков растёт, и под действием выталкивающей силы они поднимаются вверх. Однако, поскольку температура верхних слоёв воды меньше, чем нижних, пар в пузырьках начинает конденсироваться, и они сжимаются.

Когда вода прогреется по всему объёму, пузырьки с паром поднимаются до поверхности, лопаются, и пар выходит наружу. Вода кипит. Это происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно атмосферному давлению.

Процесс парообразования, происходящий во всем объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.

Эта температура зависит от атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения возрастает.

Опыт показывает, что в процессе кипения температура жидкости не изменяется, несмотря на то, что извне поступает энергия. Переход жидкости в газообразное состояние при температуре кипения связан с увеличением расстояния между молекулами и соответственно с преодолением притяжения между ними.

На совершение работы по преодолению сил притяжения расходуется подводимая к жидкости энергия. Так происходит до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар.

Поскольку жидкость и пар в процессе кипения имеют одинаковую температуру, то средняя кинетическая энергия молекул не изменяется, увеличивается лишь их потенциальная энергия.

На рисунке 75 приведён график зависимости температуры воды от времени в процессе её нагревания от комнатной температуры до температуры кипения (АБ), кипения (БВ), нагревания пара (ВГ), охлаждения пара (ГД), конденсации (ДЕ) и последующего охлаждения (ЕЖ).

5. Для превращения разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разная энергия, эта энергия характеризуется величиной, называемой удельной теплотой парообразования.

Удельной теплотой парообразования ​\( (L) \)​ называют величину, равную отношению количества теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг, для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.

Единица удельной теплоты парообразования — ​\( [L] \)​ = Дж/кг.

Чтобы рассчитать количество теплоты ​\( Q \)​, которое необходимо сообщить веществу массой ​\( m \)​ для его превращения из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования ​\( (L) \)​ умножить на массу вещества: ​\( Q=Lm \)​.

При конденсации пара выделяется некоторое количество теплоты, причем его значение равно значению количества теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости в пар при той же температуре.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. Испарение и кипение — два процесса превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое. Общей характеристикой этих процессов является то, что оба они

А. Представляют собой процесс превращения вещества из жидкого состояния в газообразное
Б. Происходят при определённой температуре

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

2. Испарение и кипение — два процесса перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое. Различие между ними заключается в том, что

А. Кипение происходит при определённой температуре, а испарение — при любой температуре.
Б. Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение — во всём объёме жидкости.

Правильным(-и) является(-ются) утверждение(-я)

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

3. При нагревании вода превращается в пар той же температуры. При этом

1) увеличивается среднее расстояние между молекулами 2) уменьшается средний модуль скорости движения молекул 3) увеличивается средний модуль скорости движения молекул

4) уменьшается среднее расстояние между молекулами

4. В процессе конденсации водяного пара при неизменной его температуре выделилось некоторое количество теплоты. Что произошло с энергией молекул водяного пара?

1) изменилась как потенциальная, так и кинетическая энергия молекул пара 2) изменилась только потенциальная энергия молекул пара 3) изменилась только кинетическая энергия молекул пара

4) внутренняя энергия молекул пара не изменилась

5. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени при её охлаждении и последующем нагревании. Первоначально вода находилась в газообразном состоянии. Какой участок графика соответствует процессу конденсации воды?

1) АВ 2) ВС 3) CD

4) DE

6. На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени. В начальный момент времени вода находилась в газообразном состоянии. В каком состоянии находится вода в момент времени ​\( \tau_1 \)​?

1) только в газообразном 2) только в жидком 3) часть воды в жидком состоянии, часть — в газообразном

4) часть воды в жидком состоянии, часть — в кристаллическом

7. На рисунке приведён график зависимости температуры спирта от времени при его нагревании и последующем охлаждении. Первоначально спирт находился в жидком состоянии. Какой участок графика соответствует процессу кипения спирта?

1) АВ 2) ВС 3) CD

4) DE

8. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить в газообразное состояние 0,1 кг спирта при температуре кипения?

1) 240 Дж 2) 90 кДж 3) 230 кДж

4) 4500 кДж

9. В понедельник абсолютная влажность воздуха днём при температуре 20 °С была равной 12,8 г/см3. Во вторник она увеличилась и стала равной 15,4 г/см3. Выпала ли роса при понижении температуры до 16 °С, если плотность насыщенного пара при этой температуре 13,6 г/см3?

1) не выпала ни в понедельник, ни во вторник 2) выпала и в понедельник, и во вторник 3) в понедельник выпала, во вторник не выпала

4) в понедельник не выпала, во вторник выпала

10. Чему равна относительная влажность воздуха, если при температуре 30 °С абсолютная влажность воздуха равна 18·10-3 кг/м3, а плотность насыщенного пара при этой температуре 30·10-3 кг/м3?

1) 60% 2) 30% 3) 18 %

4) 1,7 %

11. Для каждого физического понятия из первого столбца подберите соответствующий пример из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ A) физическая величина Б) единица физической величины

B) прибор для измерения физической величины

ПРИМЕРЫ 1) кристаллизация 2) джоуль 3) кипение 4) температура

5) мензурка

12. На рисунке приведены графики зависимости от времени температуры двух веществ одинаковой массы, находившихся первоначально в жидком состоянии, получающих одинаковое количество теплоты в единицу времени. Из приведённых ниже утверждений выберите правильные и запишите их номера.

1) Вещество 1 полностью переходит в газообразное состояние, когда начинается кипение вещества 2 2) Удельная теплоёмкость вещества 1 больше, чем вещества 2 3) Удельная теплота парообразования вещества 1 больше, чем вещества 2 4) Температура кипения вещества 1 выше, чем вещества 2

5) В течение промежутка времени ​\( 0-t_1 \)​ оба вещества находились в жидком состоянии

Часть 2

13. Какое количество теплоты необходимо для превращения в стоградусный пар 200 г воды, взятой при температуре 40 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь.

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/isparenie-i-kondensacija-kipenie-zhidkosti.html

Booksm
Добавить комментарий