冷凝過程從宏觀上看，膜狀冷凝與珠狀冷凝都可能發(fā)生，但膜狀冷凝是遇到最多的，珠狀冷凝往往不穩(wěn)定，它很容易轉(zhuǎn)變?yōu)槟罾淠Ｒ虼嗽趯?shí)際設(shè)備中，常按膜狀冷凝進(jìn)行計(jì)算按被冷凝的物質(zhì)進(jìn)行分類，冷凝過程又可分為可凝蒸汽的冷凝和含有不凝氣蒸汽的冷凝。可凝蒸汽可以是單一成分的純凈蒸汽，也可能是多種組分的混合蒸汽。

1）純凈飽和蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷凝在設(shè)計(jì)這種冷凝器時(shí)應(yīng)注意以下一些問題：

（1）一般說來，冷凝換熱是一種高效的換熱過程，例如水蒸氣膜狀凝結(jié)時(shí)的換熱系數(shù)大致有5000~15000W/（m2·℃），因而冷凝換熱往往不會(huì)成為整個(gè)傳熱過程的主要熱阻。但是也有不少設(shè)備中，冷凝換熱反而構(gòu)成了傳熱過程的主要熱阻，如各種石油餾分和有機(jī)物蒸汽的冷凝器，當(dāng)采用水作為吸熱工質(zhì)時(shí)，冷凝側(cè)換熱系數(shù)將低于水側(cè)換熱系數(shù)。一般情況下，有機(jī)物蒸汽的冷凝換熱系數(shù)約為水蒸氣的1/10，氟利昂冷凝時(shí)的換熱系數(shù)只有800~1000

W/（m·℃）。在這些情況下，也就有必要對(duì)冷凝換熱過程的強(qiáng)化給予充分的注意。

（2）根據(jù)冷凝過程的機(jī)理，當(dāng)冷凝液膜處于層流狀態(tài)時(shí)，橫管和豎管的管外冷凝相比，在兩者的溫差及冷凝介質(zhì)的物性相同時(shí)，采用橫管時(shí)的換熱系數(shù)總是高于豎管的換熱系數(shù)。因此，對(duì)飽和蒸汽的冷凝，一般都采取臥式冷凝器。此時(shí)若使飽和蒸汽在管外冷凝，不僅換熱系數(shù)高，而且壓降也小，使易結(jié)垢的水在管內(nèi)流動(dòng)，可以保持較高的流速，對(duì)傳熱和防止結(jié)垢都很有利。但當(dāng)管子排數(shù)較多時(shí)，下層管子的液膜較厚，這時(shí)可以通過斜轉(zhuǎn)排列方式使冷凝液沿各排管子的切向流過來減輕第二排以下各排液膜的增厚問題。當(dāng)管子按等邊三角形排列時(shí)，其斜轉(zhuǎn)角度可按式（2.1）計(jì)算。

但在某些情況下，采用立式冷凝器也具有一定的優(yōu)點(diǎn)，例如：①當(dāng)冷凝液需要過冷時(shí)，如果采用臥式，會(huì)使一部分傳熱面浸沒冷凝液中才能通過自然對(duì)流傳熱方式實(shí)現(xiàn)過冷。而采用立式冷凝時(shí)，冷凝液呈降膜式向下流動(dòng)，此時(shí)的換熱系數(shù)較高，降低了冷凝液過冷所需的傳熱面。②在壓降允許范圍內(nèi)，使蒸汽在豎管內(nèi)冷凝時(shí)，流速可以較高，使液膜減薄，不易在設(shè)備內(nèi)積聚不凝結(jié)氣體，氣流速度分布均勻，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，蒸汽流速很高時(shí)，實(shí)際的α值比理論計(jì)算的a值大。

（3）采用蒸汽在水平管內(nèi)冷凝的方式必須十分慎重。因?yàn)樵谶@種情況下的冷凝器往往采用多管程，第一程凝結(jié)的液體連同未冷凝的蒸汽一起進(jìn)人下一管程，因而在同一管程的管東中，管子下半部往往積聚較多的凝液，而管子上半部往往積聚較多的蒸汽，從而使管束中的汽液分配難以均勻，凝液的積存又起了阻礙傳熱的作用，使其換熱系數(shù)比同樣條件下的管外冷凝低。與此有關(guān)，蒸汽在這種多管程的管內(nèi)冷凝時(shí)，蒸汽的壓力損失往往較大，因而使冷凝溫度隨之下降，特別是蛇管式冷凝器中，壓力降及溫度降可達(dá)很大的數(shù)值。

2）過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)的冷卻和冷凝當(dāng)過熱蒸汽進(jìn)入設(shè)備工作時(shí)，其熱交換情況與飽和蒸汽的冷凝有所不同。

一般來說，按照過熱程度的不同，過熱蒸汽在冷凝器內(nèi)的溫度變化可能存在三個(gè)不同的區(qū)域（圖2.50）。

（1）蒸汽溫度高于飽和溫度，壁面溫度也高于飽和溫度

（即t>t,tw>t，）的區(qū)段a，在該區(qū)段中蒸汽并不凝結(jié)而只是被冷卻，其傳熱屬于單相介質(zhì)的對(duì)流熱交換，傳遞的熱量屬于顯熱傳遞

（2）蒸汽的主流溫度仍高于飽和溫度，而壁面溫度已低于飽和溫度（即t>上，<t）的區(qū)段b，在該區(qū)段，一方面由

于1>，而仍然存在顯熱傳遞，另一方面與壁面接觸的蒸汽卻進(jìn)行的是冷凝換熱，屬于潛熱傳遞。

（3）蒸汽的主流溫度等于飽和溫度而壁面溫度已低于飽和溫度（即t一，tw<t，）的區(qū)段c。在該區(qū)段中，屬于單一的冷凝換熱。

由于蒸汽的過熱部分所進(jìn)行的顯熱傳遞的換熱系數(shù)比冷凝換熱系數(shù)要小得多，因而過熱蒸汽從冷卻開始到全部冷凝結(jié)束的全過程，其平均換熱系數(shù)比冷凝過程的換熱系數(shù)要低。

由于過熱蒸汽的比熱較小，因而顯熱傳遞的熱量不大。例如水蒸氣在大氣壓下即使過熱100℃時(shí)，所傳遞的熱量也不過增加約3%，因而用過熱蒸汽加熱并不是合算的事情，在工業(yè)上除非另有需求，一般不用過熱蒸汽加熱，只是有時(shí)為避免在流動(dòng)中因熱損失而發(fā)生凝結(jié)，才把蒸汽稍加過熱。