Cтраница 2
В условиях высокого вакуума по пару, когда коэффициент затвердевания / - 1, отсутствует обратный поток пара от поверхности конденсации к поверхности испарения. При этом естественно предположить, что с поверхности F в единицу времени равномерно испаряется столько же молекул пара, сколько конденсируется. Это, в свою очередь, требует так сообщать веществу энергию для испарения, чтобы происходил равномерный отрыв молекул пара со всей поверхности F. При этом необходимо обеспечить движение молекул пара от поверхности испарения к поверхности конденсации, площадь которой должна быть рассчитана из условия равенства скорости испарения и скорости конденсации. [16]
При конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов задача определения коэффициента затвердевания намного осложняется по сравнению с определением коэффициента затвердевания при конденсации чистого пара. Здесь приходится учитывать не только взаимодействие одинаковых молекул, но и взаимодействие неодинаковых молекул. Движение отраженных молекул в паровоздушной смеси приводит к увеличению пересыщения. Молекулы, отраженные от движущейся границы, содействуют конденсации пара, и в объеме конденсатора образуются ассоциированные частицы из молекул пара, которые оседают на поверхности сублимационного льда. Молекулы газа адсорбируют молекулы пара и являются переносчиками пара к поверхности конденсации. Поскольку на единицу поверхности в присутствии воздуха падает больше молекул пара, чем при конденсации чистого пара, то температура движущейся границы повышается, и при равном парциальном давлении пара число спонтанно испаряющихся молекул возрастает. [17]
Таким образом, оказывается, что коэффициент массоотдачи прямо пропорционален коэффициенту затвердевания молекул пара на сублимационной поверхности. [18]
При конденсации пара в присутствии неконденсирующихся газов задача определения коэффициента затвердевания намного осложняется по сравнению с определением коэффициента затвердевания при конденсации чистого пара. Здесь приходится учитывать не только взаимодействие одинаковых молекул, но и взаимодействие неодинаковых молекул. Движение отраженных молекул в паровоздушной смеси приводит к увеличению пересыщения. Молекулы, отраженные от движущейся границы, содействуют конденсации пара, и в объеме конденсатора образуются ассоциированные частицы из молекул пара, которые оседают на поверхности сублимационного льда. Молекулы газа адсорбируют молекулы пара и являются переносчиками пара к поверхности конденсации. Поскольку на единицу поверхности в присутствии воздуха падает больше молекул пара, чем при конденсации чистого пара, то температура движущейся границы повышается, и при равном парциальном давлении пара число спонтанно испаряющихся молекул возрастает. [19]
Коэффициент затвердевания / зависит от геометрических форм конденсатора; чем меньше характерный размер dK ( расстояние между поверхностями конденсации), тем больше коэффициент затвердевания. В связи с этим при определении необходимой поверхности конденсации проектируемого аппарата можно принять значение коэффициента f, полученное для конденсатора Кемеровского завода; при этом расчет производится с некоторым запасом. [20]
При подсчете величины поверхности конденсации нас не интересует коэффициент теплоотдачи между паром и стенкой; по уравнениям кинетической теории газов с введением в них коэффициента затвердевания f вычисляется та поверхность, на которой сконденсируется все заданное количество пара. Теплофизический расчет при этом сводится к необходимости поддержания температуры стенки на заданном уровне. [21]
Согласно уравнению ( 38), средняя длина свободного пробега молекул пара при увеличении давления газа уменьшается; следовательно, плотность ударяющихся о стенку молекул убывает, что приводит к изменению коэффициента затвердевания в присутствии газовых примесей. [22]
Особенностью конденсаторов для улавливания паров рабочих жидкостей насосов, а также других жидкостей, присутствующих в высоковакуумных системах, в том числе и паров воды, является их работа в условиях высокого вакуума при Л d; при этом для расчета таких ловушек достаточно пользоваться уравнением ( 19), выведенным для высокого вакуума, так как коэффициент затвердевания в таких условиях приближается к единице. [23]
Наличие мощных потоков неконденсирующегося газа нарушает образование сублимационного льда из ассоциированных групп молекул пара, не дает возможности ассоциированным группам закрепиться на поверхности или отдельным молекулам образовать кристаллы сублимационного льда. В результате этого коэффициент затвердевания при конденсации пара при вынужденном движении газа оказывается ниже, чем при конденсации пара в неподвижном газе. Вместе с тем интенсивное поступление газа в систему сопровождается заметным повышением температуры движущейся границы сублимационного льда, вызванным теплотой, приносимой в объем конденсатора массой газа. В результате этого ослабляются силы взаимного притяжения в процессе ассоциации молекул пара. Ослабление сил взаимного притяжения при образовании кристаллов облегчает срыв молекул пара с охлаждаемой поверхности потоком воздуха. [24]
До образования слоя льда определенной толщины интенсивность конденсации растет, а после образования этого слоя начинает снижаться. После перехода через значение максимума интенсивности коэффициент затвердевания / резко падает. Это обстоятельство является принципиально новым по сравнению с тем, что наблюдается в высоком вакууме, где коэффициент / стремится к единице. Это новое явление уже не позволяет механически распространять закономерность, выраженную уравнением скорости конденсации, выведенным для высокого вакуума, на область молекулярно-вязкостного режима. [25]
Таким образом, холодильная установка с холодопроизводитель-ностью Q ккал / ч при температуре tK обеспечит отвод выделяющегося; тепла от поверхности и поддержание постоянной температуры tem на стенке со стороны пара. Производительность холодильной установки-найдена в предположении, что коэффициент затвердевания f и закон распределения конденсата р на поверхности - известные величины. Однако эти параметры требуется еще определить. [26]
Но одновременно с выполнением этих условий, а также условия Рс Рк температура Тк должна стремиться к абсолютному нулю; в этом случае получим ранее выведенную для условий высокого вакуума функцию распределения конденсата из паров металла, найденную на основе применения законов геометрической ( лучевой) оптики. Только при условии рс - 0, а следовательно, и Тк - О коэффициент затвердевания стремится к единице. [27]
При конденсации водяного пара в лед добавление неподвижного газа приводит к возникновению циркуляционного движения смеси в объеме конденсатора. Это движение, обладающее большими скоростями, создает благоприятные условия для пульсирующего процесса оседания молекул пара на поверхности фазового превращения, что приводит к росту коэффициента затвердевания. Добавление воздуха в пар, с одной стороны, уменьшает среднюю длину свободного пробега молекул пара, сталкивающихся с молекулами газа, а с другой, - увеличивает поступление молекул пара к поверхности конденсатора вследствие процесса адсорбции. Молекулы пара в присутствии газа чаще падают в одну и ту же точку поверхности сублимационного льда. Хотя молекулы газа препятствуют движению молекул пара к охлаждающей поверхности, но эти же самые молекулы после отражения от поверхности сублимационного льда адсорбируют молекулы пара или даже ассоциированные группы, доставляя их к поверхности фазового превращения. Поэтому скорость конденсации пара в твердое состояние при прочих равных условиях возрастает ( до определенного предела) с увеличением парциального давления неконденсирующихся газов. [28]
С увеличением давления подаваемого пара коэффициент затвердевания резко падает как за счет сокращения длины среднего свободного пробега ( молекул пара, так и за счет столкновения молекул, движущихся к охлаждаемой поверхности, с молекулами, спонтанно испарившимися от движущейся границы конденсата. Если параметры поступающего в конденсатор пара близки к параметрам тройной точки, то образующийся лед непрерывно то смывается потоком жидкого конденсата, то вновь нарастает на месте смытого льда, и в этом непрерывном процессе коэффициент затвердевания f имеет весьма малое значение. Таким образом, с увеличением разрежения среды коэффициент затвердевания возрастает, стремясь в пределе к един. [29]
С увеличением давления подаваемого пара коэффициент затвердевания падает за счет сокращения длины среднего свободного пробега молекул пара и за счет столкновения молекул, движущихся к охлаждаемой поверхности, с молекулами, спонтанно испарившимися от движущейся границы конденсата. Если параметры поступающего в конденсатор пара близки к параметрам тройной точки, то образующийся лед непрерывно то смывается потоком жидкого конденсата, то вновь нарастает на месте смытого льда, и в этом непрерывном процессе коэффициент затвердевания f имеет очень малое значение. Таким образом, с увеличением разрежения среды коэффициент затвердевания возрастает, стремясь в пределе к единице; с увеличением давления пара, поступающего в конденсатор, коэффициент затвердевания резко уменьшается, стремясь в пределе к нулю. [30]