Рассмотрим второй случай внешнего теплообмена

Если температура поверхности материала меньше температуры окружающей среды и меньше температуры точки росы, то на ней может конденсироваться влага, вследствие чего теплообмен с материалом будет происходить через пленку конденсата. В результате это будет второй случай внешнего теплообмена.

Наличие пленки конденсата усложняет процесс теплообмена. При хорошо смачиваемой поверхности будет сплошная (пленочная) конденсация, при плохой – капельная конденсация. В технологических установках среда является не чисто паровой, а паровоздушной. Вместе с паром к поверхности конденсации поступает воздух, понижающий парциальное давление пара. Парциальное давление смеси (P_см) будет складываться из суммы парциального давления сухого воздуха и парциального давления пара

где и – парциальное давление пара соответственно в окружающей среде и у поверхности материала; и – то же, сухого воздуха.

Если обозначить (рис. 5.1) через λ – коэффициент теплопроводности сконденсировавшейся пленки жидкости толщиной δ, t_ж – температуру наружной поверхности пленки, t_м – температуру поверхности материала, то на основе закона Фурье поток тепла к материалу через пленку жидкости

Этот суммарный поток теплоты складывается из потока теплоты от пленки сконденсировавшегося пара q_т.п. и потока теплоты от паровоздушной смеси q_т.см..

Рисунок 5.1 – Пленочная конденсация влаги на поверхности материала

Удельный поток массы конденсирующегося пара

где – коэффициент массоотдачи пара; m_п – масса пара; R – универсальная газовая постоянная.

Тогда удельный поток теплоты будет равен произведению удельного потока массы конденсирующегося пар на теплоту парообразования

Поток теплоты от паровоздушной смеси определяется уравнением Ньютона

Тогда балансовое уравнение внешнего теплообмена при наличии пленки конденсата

В этом уравнении левая часть определяет поток теплоты, полученной материалом, правая – потоки теплоты, полученные материалом за счет конденсации пара (первое слагаемое) и за счет теплообмена с паровоздушной смесью (второе слагаемое).

При внутреннем теплообмене исходят из того, что поверхность нагреваемого тела получает теплоту в количестве, определяемом формулами Фурье или Ньютона, которая и распространяется внутри материала.

Процесс распространения теплоты в теле в общем случае складывается из потока теплоты, распространяемого за счет теплопроводности материала (уравнение Фурье) и за счет потока движущей внутри материала массы влаги. Последний определяется произведением массы движущейся влаги на ее теплосодержание. Таким образом, для внутреннего теплопереноса можно записать

где q – плотность суммарного потока теплоты; λ – коэффициент теплопроводности материала; dt/dx – градиент температур; – теплосодержание (энтальпия) влаги, перемещающейся в материале; q_т – плотность суммарного потока влаги, перемещающегося в материале.