Конденсация пара из парогазовой смеси характерна тем, что отраженная от охлаждаемой поверхности молекула, хотя и остается нейтральной, приобретает свойства активной по отношению к конденсации молекулы. Эти свойства в некоторой степени аналогичны свойствам ионизированной молекулы. Проведенные эксперименты по конденсации пара в лед в присутствии ионов показали, что интенсивность конденсации пара из паровоздушной смеси при наличии ионов возрастает. Наиболее важно при этом то, что ионы движутся под действием электрического поля к соответствующим электродам.

где m_кп -— масса комплексной частицы, включающей полярные и неполярные молекулы; mi — масса иона; R2 — коэффициент, зависящий от дипольного момента полярной молекулы; а i— заряд иона; mд — масса полярной молекулы; Eд — энергия полярной молекулы.

Если между комплексной молекулой и молекулами поверхности конденсации существует определенная энергетическая разница, т. е.

где Екп — энергия комплексной молекулы; En —энергия молекул поверхности льда, то на охлаждаемой поверхности произойдет «разрядка» комплексной молекулы; молекулы пара останутся на охлаждаемой поверхности. Что касается схватывания молекул H2O с поверхностью льда, то оно определяется скоростью отвода тепловой энергии, которая выделяется при фазовом превращении.

Освободившийся ион рекомбинируется на поверхности льда, образуя нейтральную молекулу, которая либо остается под слоем льда, либо удаляется из конденсатора откачивающими насосами. Если комплексная молекула содержит ассоциированную группу из молекул пара и удовлетворяется I условие (91), может произойти непосредственное схватывание ассоциированной группы с поверхностью льда. Учитывая уравнение (91), этот процесс можно представить для условий высокого вакуума в виде

где G₁ — количество сконденсированного вещества.

Если ассоциация на ионах происходит в объеме конденсатора, то количество сконденсированного вещества на охлаждаемой поверхности увеличивается при наложении на систему внешнего электрического поля, повышающего скорость движения комплексных частиц.

Если H — напряженность внешнего электрического поля, можно записать

Процесс оседания отдельных молекул пара можно представить выражением

где Ед — энергия полярной молекулы.

Общее количество конденсата на поверхности F

Используя выражение для комплексной молекулы, получим

где коэффициент пропорциональности H3< можно определить экспериментально.

При конденсации в условиях среднего и низкого вакуума необходимо введением функции затвердевания f дополнительно учесть спонтанное испарение.

Возможность практического использования процесса конденсации водяного пара на ионах экспериментально подтверждена работами кафедры термодинамики и теплопередачи МИХМа. Жебровским разработана электрическая система получения положительных ионов для десублимационного конденсатора, заполненного парами воды. В верхней части конденсатора расположено устройство с постоянным тлеющим разрядом (рис. 265).

Цепь разрядника содержит источник постоянного напряжения и переменное сопротивление. Кольцеобразный катод разрядника расположен на конце [разрядной трубки. При зажигании разряда в объем конденсатора попадают

только положительно заряженные частицы. Ток в разряднике ~10^-3 — 10^-4 А. Между электродами 4 и 5 создается плоское постоянное и однородное электрическое поле напряженностью ~5 В/см. В этих условиях заряженные частицы движутся сверху вниз между электродами 4 и 5 и оседают на катоде. Для уменьшения потери зарядов между стенками конденсатора и катодом специальная батарея поддерживает небольшую разность потенциалов. Кроме того, для улучшения однородности электрического поля внутри конденсатора по высоте помещают ряд металлических колец, соединенных с электродами и между собой через равные сопротивления. Катод 5, выполненный в виде сетки, расположен вблизи охлаждаемой поверхности 7. Эта поверхность охлаждается смесью твердой углекислоты и спирта.

На рис. 266 приведена зависимость скорости конденсации от парциального давления воздуха при парциальном давлении пара Pп = 0,15 мм рт. ст.

Кривая 1 получена при отсутствии ионизированных частиц в объеме конденсатора, кривые 2 и 3 — в присутствии ионов при токе соответственно 2,33*10^-10 и 8,37*10^-10 А.

Опыты показали, что скорость конденсации пара в потоке ионов возрастает в 2—3 раза по сравнению с конденсацией пара в присутствии газовых примесей и в 4—5 раз по сравнению с конденсацией чистого пара.