蒸汽压力和流向流速对冷冻干燥机凝结换热的影响?

       冷冻干燥机凝结换热是变相流体换热的一种。工质在饱和温度下释放热量,由气态转为液态的过程称为凝结(或冷凝)。凝结换热是伴随着相变的对流换热,是制冷系统中冷凝器的主要换热方式。蒸汽同低于饱和温度的冷壁接触,就会凝结成液体。 在壁面上凝结液体的形式有两种。一种是膜状凝结,其凝结液能很好得润湿壁面,在壁面上形成一层完整的液膜像下流动。 另一种是珠状凝结,其凝结液不能润湿壁面而聚结成一个个液珠向下滚动。由于珠状凝结,壁面除液珠粘住的部分外,其余都裸露于蒸汽中,因此其换热热阻比膜状凝结要小得多,珠状凝结的换热系数可达膜状凝结的几十倍。在工业设备中大量出现的是膜状凝结。

  蒸汽压力对冷冻干燥机凝结换热的影响:

  在制冷系统的冷凝器中,制冷剂蒸汽压力通常称为冷凝高压,该压力对冷凝器中的凝结换热影响很大,因为蒸汽压力的大小决定了气体的冷凝温度(饱和温度)的高低。在饱和状态下,压力越大,冷凝温度越高,与壁温换热温差就越大,越有利于凝结换热。因此,在制冷系统中保持冷凝器内的一定高压是必须的。 制冷系统中不允许混有不凝性气体,所谓不凝结气体指的是空气、氮气之类的气体,他们通常压力下不会凝结成液体。不凝性气体在制冷系统中即使含量甚微,也会对凝结换热产生是否有害的影响。实验表明,蒸汽中含有1%重量的空气,会使凝结对流换热系数降低60%。因为不凝结气体层的存在,使蒸汽在抵达液膜表面进行凝结之前,必须以扩散方式穿过不凝结气体层,使蒸汽与壁面之间的热阻加大,减弱了热量的传递。因此,排出不凝结气体是保证制冷系统正常运行的关键。

  冷冻干燥机蒸汽流速和流向对凝结换热效果的影响:

  当制冷剂蒸汽流速<10m/s时,通常不考虑流速给凝结换热造成影响。当蒸汽流速增大且与液膜流动方向相同时,会使膜层减薄,导致凝结换热系数α增大。例如流速为70m/s时,当换热系数大到静止时的1.4倍,流速为50m/s时,α增大约1.36倍,流速为40m/s时,α增到约1.28倍,流速为30m/s时,α增大1.21倍,流速为20m/s时,α增大1.13倍。流速反向时,则α减小。但如果蒸汽流速很大,由于气流能打膜层吹离壁面,都会促使换热系数增强。


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