В длинных вертикальных кипятильных трубах тепло- гидродинамические процессы в пленках протекают в режиме циклического ее перемешивания большими волнами, что не отражено в существующих моделях теплообмена в пленках. Исследованы тепло-гидродинамические процессы в пленках воды и сахарных растворах в режиме испарения со свободной поверхности методами математического и физического моделирования на модельных установках с воспроизведением реально изменяющихся процессов теплообмена в трубах при концентрировании растворов. Разработана модель теплообмена в ламинарных, догретых до температуры насыщения пленках жидкости с развитой волновой структурой как циклического процесса релаксации нестационарного температурного поля после прохождения больших волн. Математическая модель описывает процесс развития двумерного температурного поля в зависимости от числа Пекле и характеристики волнового движения - длины больших волн. На основании предложенной модели получены корреляции, которые предлагаются для обобщения данных по теплообмену в догретых до температуры кипения пленках в режиме испарения со свободной поверхности. Предоставлено обобщающее уравнение для расчета интенсивности теплоотдачи к насыщенным пленкам сахарных растворов, которое содержит волновые характеристики пленочного течения, в диапазоне изменения режимных параметров, характерных для работы испарительных установок сахарной промышленности, а именно: концентрации от 0 до 70 %, плотности орошения от 0,01 x 10<^>-3 до 0,6 x 10<^>-3 м<^>2/с, чисел Пекле от 400 до 25 000. Математическая модель циклической релаксации температурного поля оказалась эффективной для обобщения данных по теплообмену не только ламинарных, а и турбулентных пленок, несмотря на отсутствие в уравнениях переноса параметров турбулентности. Установлена связь волновой структуры пленки с интенсивностью теплообмена на основе модели теплообмена с циклической релаксацией температурного поля в результате прохождения больших волн, предоставлены соответствующие расчетные соотношения.