Yoğuşma iki farklı biçimde olur ve aralarındaki ısı transferi farkı kat mertebesindedir:
Filmli yoğuşma. Yüzey ıslanabilirse sıvı sürekli bir film oluşturur. Bu film, buhar ile duvar arasında bir ısıl direnç katmanıdır ve kalınlaştıkça direnç artar.
Damlacıklı yoğuşma. Yüzey su itici ise sıvı damlacıklar hâlinde toplanır; damlalar büyüyüp akınca altlarındaki temiz yüzey yeniden açığa çıkar. Isı transferi katsayısı filmlinin bir mertebe üzerindedir.
Neden tasarım filme göre yapılır
Damlacıklı rejim çekicidir ama kalıcı değildir. Yüzey kaplamaları zamanla kirlenme, oksitlenme ve erozyonla ıslanabilir hâle gelir ve sistem filme döner. Bu yüzden ısı değiştirici tasarımı, ömür boyu güvenli olan filmli varsayımla yapılır; damlacıklı rejim bir bonus olarak değerlendirilir.
Yoğuşmayan gazlar: küçük oran, büyük etki
Buhar içinde az miktarda yoğuşmayan gaz (hava, azot) bulunması ısı transferini beklenenden çok daha fazla düşürür. Buhar yüzeyde yoğuşurken gaz orada birikir; arayüzde oluşan gaz katmanı buharın yüzeye ulaşmasını engeller.
Yüzde birkaç mertebesinde hava, kondenser performansını belirgin biçimde düşürebilir. Vakum altında çalışan sistemlerde sızdırmazlık bu yüzden bir performans meselesidir, yalnız bir bakım meselesi değil.
Modelleme
Filmi ağla çözmek çoğu endüstriyel problemde gereksizdir; film, yüzeyde bir ısıl direnç ve kütle kaybı olarak temsil edilir. Filmin kendisi soruluyorsa (damlama, taşınım, erozyon) o zaman serbest yüzey yaklaşımı gerekir.
Yoğuşmayan gaz varsa tür taşınımı mutlaka çözülmelidir; yoksa modelin göreceği tek şey buhardır ve sonuç iyimser çıkar.
Kaynaklar
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).