Капельная конденсация

При капельной конденсации конденсат жидкий собирается в виде бесчисленных капель различного диаметра на поверхности конденсации, а не образует сплошную пленку, и не смачивает твердую охлаждающую поверхность. Капли образуются в точках дефектов поверхности (ямка, царапина), называемых местами зародышеобразования, и увеличиваются в размерах по мере того, как на открытой поверхности конденсируется все больше пара. Когда размер капель велик, наступает момент, когда капля отрывается от поверхности, сбивает другие капли и уносит их вниз по течению. Движущаяся капля пожирает капли меньшего размера. Капельная конденсация является одним из наиболее эффективных механизмов теплопередачи , чрезвычайно больших коэффициентов теплопередачи и с помощью этого механизма можно достичь . При капельной конденсации отсутствует пленка жидкости, препятствующая теплопередаче, в результате чего коэффициенты теплоотдачи могут быть более чем в 10 раз выше, чем при пленочной конденсации, хотя чаще встречается в 3-5 раз. Коэффициенты теплопередачи велики, поэтому проектировщики могут достичь заданной скорости теплопередачи с меньшей площадью поверхности и, следовательно, с меньшим и менее дорогим конденсатором.

Капельная конденсация достигается путем добавления в пар химического промотора и/или придания шероховатости поверхности и поверхности, покрытой гидрофобными примесями, такими как жирные кислоты и органические соединения, известными как капельные промоторы. Капельную конденсацию вызывают искусственно с помощью силиконов, тефлона , различных восков и жирных кислот. Эти промоторы используются для стимулирования капельной конденсации, но большинство промоторов очень нестабильны и со временем теряют свою эффективность из-за окисления, загрязнения и удаления промотора с поверхности. Капельная конденсация может поддерживаться в течение длительного времени за счет комбинированного воздействия покрытия поверхности и периодического введения промотора в пар. Когда каплевидные поверхности разрушаются, они преобразуются в пленочную конденсацию. Поэтому большинство конденсаторов спроектированы исходя из предположения, что в конечном итоге на поверхности будет происходить пленочная конденсация. Капельная конденсация полезна в теплообменниках силовых установок, термическом опреснении, самоочищающихся поверхностях, а также в системах отопления и кондиционирования воздуха.

Общий объем теплопередачи через одну каплю зависит от ее радиуса и распределения размеров по поверхности конденсации. Важными факторами, которые участвуют в механизме теплопередачи через отдельные капли, являются:

Теплопроводность через одну каплю
Теплопроводность материала подложки
Межфазный перенос вещества на границе раздела пар-жидкость
Кривизна границы раздела пар-жидкость

Ссылки

Сенгель Ю.А. Теплопередача – практический подход, международное издание, 1998 г., McGraw-Hill.
А. Бежан, Конвекционная теплопередача, стр. 445,446. Уайли, Нью-Йорк (1984).
Роуз, Дж.В. и Гликсман, Л.Р., «Капельная конденсация – распределение размеров капель», Int. J. Тепло- и массообмен, том 11, стр. 411–425, 1973.
Incropera, ДеВитт, Бергман, Лавин, «Основы тепломассообмена», шестое издание, стр. 655.
Варсингер Д.М., Сваминатан Дж., Масваде Л. и Линхард В. Дж. Х., «Супергидрофобные поверхности конденсатора для мембранной дистилляции с воздушным зазором», Journal of Membrane Science, том 492, стр. 578–587, 2015 г.
Милькович Н., Ван Э.Н. «Теплопередача конденсацией на супергидрофобных поверхностях», Бюллетень MRS 38 (5), 397-406, 2013.
Ченг Ю.Т., Родак Д.Э., Вонг К.А. и Хайден К.А., Влияние микро- и наноструктур на самоочищение листьев лотоса. Нанотехнологии, 17(5), стр.1359, 2006.