ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТИ
Теплоотдача при кипении жидкости сопровождается изменением агрегатного состояния рабочего тела. Это явление имеет специфические особенности и большое практическое значение для энергетики.
Характерной особенностью процесса кипения является образование пара, причем температура пара – температура насыщения tн – определяется давлением в паровом котле (парогенераторе). Как показывает опыт, если измерять температуру кипящей жидкости, то в направлении от ее поверхности к поверхности стенки она постоянна. Но в слое 2…5 мм от нагреваемой поверхности температура резко возрастает, а непосредственно у поверхности нагрева температура жидкости равна температуре стенки (рис. 34).
 |
Рис. 34. Изменение температуры в слое кипящей жидкости
 |
Рис. 35. Зависимость коэффициента теплоотдачи a от перегрева стенки DT = Tc – Tн.
Следовательно, в слое жидкости, прилегающем к стенке, разность температур DT = Tc – Tж К, то есть в этом слое имеет место перегрев жидкости, который необходимо для ее закипания и определяется давлением Dr, создаваемым силами поверхностного напряжения. Пузырьки пара, которые при этом начинают появляться на поверхности нагрева, могут образовываться только в центрах парообразования. При кипении теплоотдача резко возрастает. Естественно, возрастает и коэффициент теплоотдачи a. С увеличением теплового потока интенсивность образования пузырьков возрастает, что ведет к еще большему росту a. Наконец наступает период, когда паровых пузырьков становится так много, что они начинают сливаться между собой, образуя на поверхности нагрева паровую пленку. Эта паровая пленка фактически отделяет жидкость от поверхности нагрева, причем теплопроводность ее значительно меньше теплопроводности жидкости (в 20 раз и более). Возникновение паровой пленки равносильно резкому снижению коэффициента теплоотдачи от стенки и жидкости, поэтому температура стенки резко возрастает. Это явление носит название кризиса теплоотдачи и может привести к разрушению поверхности нагрева.
Графическая зависимость коэффициента теплоотдачи a от перегрева стенки DT при пленочном и пузырьковом кипении показана на рисунке 35.
Участок АВС соответствует пузырьковому кипению, а линия СГ – пленочному режиму. С практической точки зрения важно организовать кипение в области пузырькового режима с высоким коэффициентом теплоотдачи a.