冷凝传热(卷名：化工)
condensing heat transfer
蒸气与温度低于其饱和温度的壁面接触时，将潜热传给壁面而自身冷凝的一种对流传热过程。工业上经常见到加热水蒸气在冷凝；在很多单元操作（如蒸馏、蒸发和制冷）中也有各种组分蒸气的冷凝。此外，化工生产中还有组分沸点差较大的混合蒸气的冷凝，在冷凝的同时还伴有可凝蒸气向冷凝壁面扩散的现象，故属于热质传递过程。
类型 蒸气在壁面上的冷凝有两种类型：①膜状冷凝。当冷凝液能润湿壁面时，在壁面上形成一层连续的液膜；蒸气在液膜表面冷凝。冷凝放出的潜热必须通过这层液膜才能传给壁面，因此液膜是冷凝传热的热阻所在。②滴状冷凝。若冷凝液不能润湿壁面，冷凝液以液滴形态附着在壁面上。当液滴增长到一定尺寸后，沿壁面滚落或滴下，露出无液滴的壁面，供继续冷凝。滴状冷凝时的传热分系数比膜状冷凝时大 5～10倍或更多。但在实际设备中，滴状冷凝不稳定，通常是膜状冷凝，所以冷凝传热设备一般按膜状冷凝设计。
冷凝的传热分系数 当冷凝液膜为层流时，热量仅以热传导方式传递。根据液膜的流体力学和导热分析，可得到冷凝传热分系数α 的理论计算式，再引入经实验确定的校正系数后，得到实用的半经验式。当蒸气在垂直壁面冷凝时，此半经验式为：
当蒸气在水平管外冷凝时为：
式中L和d 分别为竖壁高度和管子外径；ΔT为蒸气饱和温度 TS与壁面温度TW之差；r为饱和蒸气的汽化热；g为重力加速度；μ、ρ 和 λ 分别为冷凝液在其平均温度〔(TW+TS)/2〕下的粘度、密度和热导率。影响冷凝传热的因素 单一饱和蒸气冷凝时，汽相没有热阻，传热分系数取决于液膜厚度、液膜流动状况和冷凝液的物性。凡有利于减薄液膜厚度的因素，都会增强冷凝传热。例如冷凝液密度大、粘度小以及液膜流向与蒸气流向一致等，均能使液膜减薄，从而使传热分系数提高；而冷凝温度差的增大，冷壁表面不光滑，则会使液膜加厚，导致传热分系数下降。此外，影响冷凝传热的因素还有：①不凝性气体。当蒸气中存在不凝性气体时，即使只有1％，也会导致传热分系数下降50％以上。蒸气中通常含有少量不凝气体，在冷凝过程中不凝性气体会逐渐积累。因此，冷凝器上须备有不凝气体的排放口，操作时定期排放，以保持良好的传热效果。②蒸气过热。当过热蒸气与温度低于饱和温度的壁面接触时，先在汽相状态冷却到饱和温度，然后在壁面上冷凝。此时过热蒸气的冷凝与饱和蒸气的冷凝差别不大。
冷凝传热的强化 由于冷凝液的热导率低，因此强化冷凝传热的关键在于减小冷凝液膜厚度。现已研制出多种可减小液膜厚度的纵槽管（见图）和波纹管。这些冷凝管利用液体表面张力的作用，使冷凝液体集中于槽沟底部，而其他表面上的液膜厚度减薄。此外，蒸气在管束外冷凝时，要合理布置管束位置，以减少上排管子表面的冷凝液对下排管子冷凝作用的影响，并避免液膜明显增厚。强化冷凝传热的另一途径是维持滴状冷凝，为此可在壁面上涂以疏水性涂层，或在蒸气中喷入少量油性添加物，但都难以得到持久的滴状冷凝，这有待进一步研究。
