ما هو معدل التكاثف؟
يمكن تعريف معدل التكاثف على أنّه عدد جزيئاتبخار الماء التي تغير الطور من غاز إلى سائل كل ثانية. معدل التكاثف يعتمد بشكل أساسي على ضغط البخار في الفضاء فوق سطح السائل.
يزداد ضغط البخار مع زيادة تركيز بخار الماء في الفضاء فوق السائل، وبالتالي كلما زاد تركيز جزيئات بخار الماء فوق سطح السائل، زاد معدل التكثيف. يحدث التكثيف عندما يصطدم جزيء بخار الماء بسطح الماء السائل، ويرتبط كيميائيًا بجزيئات الماء السائل. يجب أن يكون من المنطقي أنّه كلما زاد ضغط البخار زاد معدل الاصطدامات وزاد معدل التكثيف.
التكاثف هو أحد أبسط عروض القياس النفسي وأكثرها تميزًا في الحياة اليومية، كما يمكن لمعظم الناس أن يتذكروا في طفولتهم أنهم رأوا “تعرق” علبة الصودا أو خارج كوب من الماء المثلج في أحد أيام الصيف. في ذلك الوقت، لم نفهم العوامل المادية وراء هذا العرض. في الغالب، حاولنا فقط منع الزجاج من التساقط على أنفسنا أو على طاولة أمهاتنا.
ما هي أهمية معدل التكاثف؟
تعتبر عمليات التكثيف مناسبة بشكل خاص لتنظيف تيارات غاز العادم منخفضة التدفق عالية التركيز. من الناحية النظرية، تعتمد معدلات الاسترداد التي يمكن تحقيقها فقط على التركيز الأولي ودرجة حرارة التنقية وضغط بخار المواد المكثفة عند درجة الحرارة تلك. ومع ذلك ومن الناحية العملية، تلعب سرعات التدفق وملامح درجة الحرارة وهندسة المعدات وما إلى ذلك أدوارًا حاسمة، مثل التأثيرات مثل تكوين الضباب (الهباء الجوي)، والتدفق غير المتكافئ في المكثفات وتكوين الجليد غير المتحكم فيه، ممّا يتداخل مع عملية التكثيف ويمنع يتم الوصول إلى تركيز التوازن في درجات الحرارة المنخفضة.\
تستخدم عملية (Rekusolv 37) النيتروجين السائل لتسييل أو تجميد الأبخرة الموجودة في تيار غاز العادم. من أجل تقليل التركيزات المتبقية في العادم إلى الحدود المطلوبة قانونًا، غالبًا ما يكون من الضروري اللجوء إلى درجات حرارة أقل من -100 درجة مئوية. تُستخدم عملية (Rekusolv) بشكل شائع في الصناعة الكيميائية والصيدلانية وفي مصانع إعادة التدوير لاستعادة المذيبات.
عملية التكثيف هي عكس عملية الغليان وتتضمن تغيير طور البخار إلى الطور السائل. تمامًا كما هو مطلوب للسائل الفائق للحث على تنوي الفقاعات في الغليان، فإنّ التبريد بالبخار مطلوب للحث على تنوي القطرات في التكثيف. إذا كان المكثف يشكل فيلمًا مستمرًا، فإنّه يسمى تكثيف الفيلم (أو ببساطة تكثيف الفيلم)، والذي يحدث على الأسطح المبللة.
في التكثيف المتساقط (أو ببساطة، التكثيف المتساقط)، يتكثف البخار في قطرات سائلة صغيرة بأحجام مختلفة تلتحم وتسقط على السطح المبرد، وتحدث على الأسطح غير المبللة. يوفر تكثيف القطرات، كما يتضح من التعريف أعلاه، مقاومة حرارية أقل، وهذا يؤدي إلى معاملات نقل الحرارة بقدر 5 إلى 10 أضعاف القيم في تكثيف الفيلم. على الرغم من تفضيل تكثيف القطرات على فيلم التكثيف، إلا أنّه من الصعب تحقيق تكثيف القطرات أو الحفاظ عليه. يركز الكثير من الأبحاث الحديثة على تعزيز تكثيف القطرات باستخدام الأسطح المجهرية، وهو ما يتجاوز نطاق هذا الكتاب المدرسي. بالإضافة إلى ذلك، هناك نقص في النظريات الموثوقة لتكثيف القطرات.
ما هي خطوات عملية تكثيف البخار؟
تتكون عملية تكثيف البخار من خطوتين: توليد بخار مفرط التشبع من مادة المصدر والتنوي اللاحق والنمو لتشكيل مادة متناهية الصغر من خلال التبريد السريع. إنّها عملية أساسية تستخدم لتصنيع مجموعة واسعة من جسيمات أكسيد المعادن أو النقاط الكمومية (هياكل 0-d). يوجد عدد من المتغيرات لهذه العملية مثل التكثيف الفيزيائي للبخار (PVC)، تكثيف الغاز الخامل، تكثيف البخار الكيميائي (CVC)، وتكثيف الغاز التفاعلي اعتمادًا على عملية التنوي والغازات الخاملة / المتفاعلة المستخدمة.
تبدأ عملية تصنيع PVC بتبخر مادة صلبة أو خليط من المواد لتكوين بخار مفرط التشبع في خلفية خاملة / غاز حامل، ممّا يؤدي إلى تنوي (تحويل المادة الغازية إلى جسيمات صلبة) وتشكيل جسيمات أولية ( الطريقة الفيزيائية). ثم يتم تبريد الغاز بسرعة ممّا يؤدي إلى تكثيف الغاز على الجسيمات الأولية المتولدة حديثًا (تنوي متجانس). يحدث نمو الجسيمات عن طريق الالتحام (التلبيد) مكونًا جزيئات كروية ملساء أو التخثر مكونًا تكتلات فضفاضة بأشكال متغيرة، اعتمادًا على درجة الحرارة (29). يتم تطبيق PVC لتخليق المعادن النقية والأكاسيد، وكذلك السبائك والمركبات مع التحكم في معدلات التبخر والتكثيف للمادة الأولية للحفاظ على قياس العناصر المتكافئة.
ما هي آلية تكثيف البخار بالتلامس المباشر على الماء البارد؟
يعد تكثيف البخار بالتلامس المباشر على الماء البارد آلية فعالة للغاية لإزالة الحرارة، والتي تحدث غالبًا بمعدلات نقل للحرارة والكتلة سريعة جدًا. لوحظت تذبذبات ضغط عنيفة بسبب التكثيف السريع للبخار، وما ينتج عن ذلك من انخفاض في الحجم في العديد من المواقف عندما يتم إحضار السائل المبرد في اتصال وثيق مع البخار على سبيل المثال: يمكن أن تحدث مثل هذه التذبذبات في نقاط حقن ECC. يؤثر خلط السائل والبخار على حجم المنطقة البينية وبالتالي، بالاقتران مع اختلافات درجة الحرارة بين البخار والماء، فإنّه يحدد كفاءة التكثيف.
يتأثر الخلط بشكل أساسي بالجزء الفارغ وتدفق كتلة البخار والماء بالإضافة إلى درجات حرارة البخار والماء وغيرها من الخصائص. عمليات التكثيف ذات صلة بسلامة المفاعل من حيث أنّها: تقليل الضغط الجانبي الأولي للمفاعل أسفل نقاط التحديد لـ ECCSs منخفض الضغط عن طريق إزالة الحرارة الجانبية الثانوية SG وحقن ECCS عالي الضغط، تقليل تدفقات البخار التي تقلل بخلاف ذلك توصيل المياه إلى القلب بسبب CCFL.
ومع ذلك، حدث تدفق بخار أعلى إلى موقع التكثيف، ممّا يمنع توصيل المياه في المنشآت الصغيرة مثل LOBI، تقليل الضغط في منطقة UP (عن طريق حقن الأرجل الساخنة ECC) لدعم إعادة تدفق الدم بشكل أسرع من القلب.
يمكن تقليل التكثيف في حالة وجود غازات غير قابلة للتكثيف، على سبيل المثال: النيتروجين من المراكم . يتم إجراء قياس البخار المكثف بشكل أساسي عن طريق قياسات تدفق الكتلة، وقوائم جرد المياه ودرجات الحرارة والضغوط وكسور الفراغات (مقياس كثافة جاما، وفرق الضغط).
لم يتم قياس المنطقة البينية بنجاح. تصف نماذج الكود الحاسوبي الخلط والتكثيف بالطريقة التي ترتبط بها معدلات الحرارة وانتقال الكتلة في الطور البيني بشكل تجريبي مع أنظمة التدفق المفترض حدوثها، كما يجب بعد ذلك تحديد المنطقة البينية، وهو أمر صعب بالنسبة لجميع التدفقات باستثناء ظروف التدفق المحددة جيدًا والمفصولة بالجاذبية.
لا يتم استخدام خريطة التدفق بشكل صريح في كل رمز كمبيوتر، ولكن يتم استخدامها بشكل ضمني في قوانين النقل. ليس من الواضح ما إذا كانت خرائط نظام التدفق هذه مستقلة عن المقياس (Lewis et al Yadigaroglu et al).
