Одной из самых актуальных задач развития современной техники является создание энергосберегающего теплотехнического оборудования, в том числе разработка эффективных испарительных и опреснительных установок. Как правило, в этих аппаратах поверхность кипения располагается на значительной глубине, под слоем жидкости. Поэтому в результате наличия соответствующего гидростатического давления температура насыщенных паров последней становится заметно выше температуры насыщения над свободной поверхностью жидкости. Следует отметить, что при развитом кипении эта проблема несколько снижается, потому что гидростатическое давление столба двухфазной смеси над поверхностью кипения ниже, чем давление, создаваемое столбом жидкости, свободной от паровой фазы.
Однако начало закипания жидкости в полной мере зависит от глубины погружения поверхности кипения под уровень жидкости и смещается в область существенно больших значений плотности передаваемого теплового потока.
Например, при кипении воды при атмосферном давлении 1 бар температура ее насыщенных паров составляет 99,63 °С. На глубине 1 м под уровнем жидкости при тех же прочих условиях будет составлять 102,32 °С, т. е. станет выше на 2,62 °С.
Соответственно, на глубине 2 м под уровнем жидкости, при тех же прочих условиях, температура ее насыщенных паров будет составлять 104,81 °С, т. е. станет выше на 5,18 °С. Таким образом, действие дополнительного гидростатического давления в испарительных теплообменниках, имеющих существенную высоту поверхности теплообмена, отрицательно сказывается на величине полезного температурного напора при кипении.
Одним из вариантов преодоления указанной проблемы является использование рекуператоров, конструкция которых обеспечивает свободное стекание пленки испаряющейся или кипящей жидкости. Однако для таких теплообменных аппаратов характерна сравнительно низкая интенсивность теплоотдачи.
На основании выполненных нами исследований предлагаются следующие варианты геометрии теплопередающих поверхностей испарительных и опреснительных установок, соединяющие в себе высокую интенсивность теплообмена, характерную для кипения в капиллярных каналах, и существенное снижение негативного влияния дополнительного гидростатического давления.