34.Т/о при кипении однокомпонентных жидкостей.
Кипение – процесс интенсивного парообразования, происходящий во всем объеме жидкости, перегретой относительно температуры насыщения, с образованием паровых пузырей.
Кипение возможно во всем температурном интервале между третей и критической точками для данного вещества.
Различают кипение жидкости на твердой поверхности т/о и кипение в объеме жидкости.
При кипении на твердой поверхности образование паровой фазы наблюдается в отдельных местах этой поверхности.
При объемном кипении паровая фаза возникает самопроизвольно непосредственно в объеме жидкости. Объемное кипение может происходить лишь при значительном перегреве жидкой фазы относительно температуры насыщения при данном давлении. Значительный перегрев имеет место, например, при быстром сбросе давления в системе.
В современной энергетике и технике обычно встречаются процессы кипения на твердых поверхностях нагрева.
Механизм т/о при кипении отличается от механизма т/о при конвекции однофазной жидкости наличием дополнительного переноса массы вещества и теплоты паровыми пузырями из пограничного слоя в объем кипящей жидкости.
Для возникновения процесса кипения необходимо наличие перегрева жидкости относительно температуры насыщения и центров парообразования.
Перегрев жидкости имеет максимальное значение непосредственно у обогреваемой поверхности т/о. На ней же находятся центры парообразования.
Различают два основных режима кипения:
- пузырьковый
- пленочный
Кипение, при котором пар образуется в виде отдельных периодически зарождающихся, растущих и отрывающихся паровых пузырей, называют пузырьковым.
С увеличением теплового потока до некоторого значения отдельные паровые пузырьки сливаются, образуя у поверхности т/о сплошной паровой слой, периодически прорывающийся в объем жидкости.
Режим кипения, который характеризуется наличием на поверхности пленки пара, обволакивающей эту поверхность и отделяющей её от жидкости называют пленочным кипением.
Интенсивное т/о при пленочном кипении значительно ниже чем при пузырьковом.
Если обозначить: tЖ – температура жидкости;
tН – температура насыщения;
Δt= tЖ - tН
Слои жидкости, которые непосредственно соприкасаются с поверхностью нагрева имеют температуру tЖ, равную tС. tЖ= tС
Рассмотрим характер применения плотности теплового потока от перегрева жидкости Δt. (кривая кипения)
При увеличении Δt тепловой поток проходит через максимум. Ему предшествует конвективная область 1, соответствующим малым перегревом жидкости и область развитого кипения 3. Между ними находится область неустойчивого кипения 2. Она характеризуется малой плотностью центров парообразования.
Пройдя максимум, q постепенно снижается по мере вытеснения пузырькового кипения пленочным.
После перехода области 4 наступает режим устойчивого пленочного кипения. В этом режиме на участке 5 лучистый перенос теплоты относительно невелик, а на участке 6 он приобретает существенное значение.
Аналогично коэффициент т/о α изменяется от перегрева жидкости. Однако при пленочном кипении увеличение α существенно меньше, чем увеличение q.
Приведенная кривая не охватывает всех режимов кипения. Так при тщательной диарации системы, а также при кипении в условиях пониженного давления может иметь место затягивание режима конвекции до высоких перегревов жидкости (АБ).
При кипении несмачивающих жидкостей пленочный режим может начаться при малых перегревах (ВГ).
Интенсивное т/о при кипении повышается с увеличением давления кипения.