ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные сведения о механизме парообразования из "Тепломассообмен Изд3" При кипении жидкости коэффициенты теплоотдачи могут достигать высоких значений. Это позволяет поддерживать большие тепловые нагрузки при температурах поверхности нагрева, незначительно отличающихся от температуры кипения. На практике встречаются два случая кипения кипение в большом объеме (в условиях свободной конвекции парожидкостной смеси) и кипение при вынужденном движении (кипение жидкости в трубах). Первый случай широко распространен в быту, в промышленности и энергетике он соответствует условиям работы различных испарителей и некоторых типов парогенераторов АЭС. Кипение при вынужденном движении осуществляется в процессе преобразования воды в пар в области экранных поверхностей нагрева топок паровых котлов, работающих при докритических давлениях. Способ отвода теплоты из активной зоны ядерного реактора с помощью двигающейся по каналам кипящей воды используется также на АЭС. [c.330] На интенсивность теплообмена при кипении оказывает влияние целый ряд факторов, не поддающихся строгому теоретическому анализу. Поэтому Закономерности теплоотдачи при кипении в основном получают опытным путем. Чтобы распространить результаты экспериментов на возможно большее число процессов кипения, при получении обобщающих формул часто используются различные гипотезы (модели), основанные на физических представлениях о кипении. [c.330] Условия, необходимые для образования пара в объеме жидкости. Хотя термин кипение ясен, его определение таково кипением называется процесс образования пара внутри объема жидкости, нагретой выше температуры насыщения. Возникновение свободных поверхностей раздела жидкой и паровой фаз внутри жидкости является характерной особенностью процесса кипения. [c.330] Для воды при атмосферном давлении из этой формулы получим 7 J,g 583 К = 310 °С. Ясно, что в реальных условиях вода закипает не за счет образования центров кипения из-за флуктуаций плотности, а вследствие наличия таковых в объеме (пылинки, растворенный газ) или на поверхности нагрева. Вскипание жидкости в объеме возникает при резком сбросе давления, под которым находится жидкость. Однако наиболее распространен тот случай, когда зарождение паровой фазы происходит на поверхности нагрева. Это объясняется тем, что на поверхности практически всегда имеются готовые центры парообразования и, кроме того, около поверхности жидкость больше всего перегрета. [c.331] Критический радиус пузырька. Радиус пузырька пара, находящегося в состоянии неустойчивого термодинамического равновесия с окружающей жидкостью, называется критическим. Если радиус пузырька К пузырек растет, если К Л р, его существование в объеме жидкости невозможно, т.е. если он каким-то образом и возник, то тут же исчезнет (сконденсируется). Следовательно, критический радиус есть минимально возможный радиус жизнеспособного пузырька. [c.331] НОГО слоя обладают дополнительной потенциальной энергией (она называется поверхностной энергией), которая пропорциональна площади слоя. [c.332] Равновесное состояние, как известно, характеризуется минимумом потенциальной энергии. Поэтому поверхность жидкости (при отсутствии внешних сил) будет стремиться к сокращению. Поскольку при заданном объеме поверхность шара минимальна, этим объясняется тот факт, что пузырьки пара имеют сферическую форму. [c.332] Поверхностная энергия характеризуется поверхностным натяжением а, Н/м, — силой, приходящейся на единицу длины контура, ограничивающего поверхность. Силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности и перпендикулярно к участку контура, на который они действуют. Значение а различно для разных жидкостей оно уменьшается с увеличением температуры и давления. Примеси поверхностно-активных веществ значительно уменьшают ст. [c.332] Если поверхность жидкости не плоская, а выпуклая, то поверхностное натяжение приводит к появлению избыточного давления поверхности на жидкость. Если же поверхность вогнутая, то избыточное давление направлено в противоположную сторону. [c.332] Для сферической поверхности Л) = 2 = К, для цилиндрической Л] = Л и 2 - °° ДЛ плоской / 1 = / 2 (силы поверхностного натяжения избыточного давления не создают). [c.332] В общем случае скорость роста пузырька в неограниченном объеме жидкости должна определяться в результате решения уравнения движения поверхности раздела фаз и уравнения энергии с учетом уравнения теплового баланса. [c.335] Зарождение и рост пузырьков на поверхности нагрева. Явление смачиваемости оказывает влияние на образование паровой фазы на поверхности нагрева. Обычно центрами парообразования являются микронеровности (впадинки) поверхности. Во впадинках практически всегда находится газ или пар. Данная впадинка будет активным центром парообразования только в том случае, если при заполнении жидкостью сосуда содержащийся в ней газ не растворится в жидкости, а останется во впадинках. Как видно из рис. 13.2, а, если стенки впадинки смачиваются жидкостью, то поверхностное натяжение способствует проникновению жидкости. Впадинка на рис. 13.2, б при нагреве поверхности, когда давление пара, находящегося в ней, повысится, будет представлять собой активный центр парообразования. В этом центре будут возникать пузырьки, если радиус его устья больще / р. Активными центрами парообразования могут быть также микронеровности резервуарного типа (рис. 13.2, в). [c.337] Рост пузырька, образовавшегося на поверхности, продолжается до момента его отрыва. В зависимости от давления форма растущих пузырьков различна. При высоких давлениях, когда скорость роста и ускорение относительно малы, преобладающей формой пузырька является сферическая при атмосферном давлении наблюдаются сферические, сплющенные и полусферические пузырьки в области низких давлений — преимущественно полусферические. [c.338] Согласно опытным данным, отрывной диаметр пузырька при кипении воды с увеличением давления уменьшается. При р 0,1 МПа при р 10 МПа 0,2 мм, а при р 0,02 МПа 10 мм. [c.338] Как видно, при низких давлениях отрывной диаметр пузырька велик (имеется в виду диаметр сферы, объем которой равен объему пузырька). Характерно также, что при этом, как указывалось выше, форма отрывающегося пузырька — полусферическая. Эти явления объясняются динамической реакцией жидкости на быстрый рост пузырька, действие этой реакции приводит к задержке отрыва и деформации пузырька. [c.339] Как показывают наблюдения, частота отрыва пузырьков зависит от тепловой нагрузки на поверхности нагрева. При умеренных перегревах жидкости частота отрыва обратно пропорциональна В . С момента отрыва пузырька до появления другого проходит некоторое время, называемое временем ожидания (рис. 13.3). Это время необходимо для повышения температуры поверхности до прежнего значения, так как рост пузырька сопровождается отводом теплоты от стенки и локальным понижением Т . С увеличением перегрева жидкости (с увеличением д) время ожидания уменьшается, и частота отрыва будет практически обратно пропорциональна времени роста. [c.339] Вернуться к основной статье