ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зона испарения из "Что такое тепловая труба " Возьмем трубу, закрытую снизу, и заполним ее небольшим количеством воды. Верхнее отверстие, через которое заполнялась труба, закроем и будем подогревать нижний конец трубы, а верхний охлаждать, для чего к верхнему концу трубы прикрепим бачок с проточной водой (рис. 1). По мере разогрева трубы жидкость в нижней части ее будет интенсивно испаряться, забирая тепло от пламени горелки. Пар будет двигаться вверх, в сторону более холодного конца трубы и там конденсироваться, т. е. отдавать тепло бачку с проточной водой. Чем интенсивнее испаряется жидкость, чем эффективнее происходит процесс конденсации, чем большие потоки пара передаются по трубе, тем, очевидно, интенсивнее происходит теплопередача. [c.8] Рассмотрениое нами устройство по существу представляет собой примитивную тепловую трубу. [c.8] Уже такая простая труба обладает уникальными свойствами. Чтобы убедиться в этом, необходимо разобраться в физической сущности происходящих явлений. Это позволит оценить теплопередающие возможности тепловой трубы. [c.8] Жидкая среда состоит из молекул, находящихся в непрерывном тепловом движении. Энергия некоторой части их оказывается достаточной, чтобы молекулы могли выйти за границу жидкости. Этому вылету препятствуют силы взаимного притяжения между молекулами. Некоторое количество вылетевших или испарившихся молекул образует пар, который всегда существует над поверхностью жидкости. Чем выше температура жидкости, тем интенсивнее идет испарение, тем выше давление образующегося пара. [c.9] Чтобы поддерживать испаряющуюся жидкость при одной и той же температуре, т. е. не допускать ее охлаждения, необходимо все время подводить тепло извне. Подчеркиваем, что это тепло расходуется не на нагрев жидкости, а на компенсацию ее охлаждения оно иосит название теплоты испарения (или скрытой теплоты испарения). Удобно ввести понятие удельной теплоты испарения, т. е. отнести это тепло к единице массы жидкости. Очевидно, теплота испарения будет зависеть от температуры жидкости, поэтому следует дать более точное определение удельной теплоты испарения. [c.9] Удельная теплота испарения — это тепло, которое необходимо сообщить единице массы жидкости, находящейся при заданной температуре, чтобы перевести ее в пар при той же температуре. [c.9] Процесс испарения носит характер динамического равновесия. Над поверхностью жидкости при любой постоянной температуре всегда устанавливается равновесное давление пара, или давление насыщающих паров. Это не означает, однако, что испарение молекул прекратилось. Они по-прежнему (и в том же количестве) поступают в зону пара, однако чем выше давление пара, тем больше молекул возвращается назад в жи.т,кость. Очевидно, что при каждой температуре устанавливается определенное равновесие этих выходящих из жидкости и входящих в нес молекул этому равновесию и соответствует результирующее давлепне насыщающих паров. [c.9] Процесс кипения жидкости начинается при вполне определенной для данного давления температуре, которая называется температурой кипения. [c.10] В системе жидкость — пар, находящейся в состоянии кипения, жидкость находится при несколько более высокой температуре, чем насыщенный пар над нею. Таким образом, на поверхности раздела между кипящей жидкостью и паром всегда существует определенная разность температур, величина которой зависит от давления и вида жидкости. Эта разность температур или, как обычно говорят, температурный напор, для воды, например, составляет при атмосферном давлении 0,6 град л плавно убывает до нуля при повышении давления до критического (225 кгс1см ). [c.10] Наличие температурного напора обуславливает в продолжение всего процесса кипения движение тепла, или тепловой поток, от поверхности нагрева к поверхности раздела. [c.10] Смачиваемость характеризует степень химического родства материала поверхности и жидкости, которая оценивается так называемым внешним или контактным углом соприкосновения Р между смоченной поверхностью и свободной поверхностью жидкости. Иногда угол Р называют краевым углом. [c.11] На рис. 3 изображены примерно одинаковые пузырьки, образованные на поверхностях при различных значениях углов р. [c.11] На рис. 3,а контактный угол между жидкостью и поверхностью составляет менее 90° (Р 90°), т. е. жидкость как бы стремится оторвать пузырек от поверхности, поверхность слабо смачивается жидкостью. Такая поверхность иногда называется леофильной по отношению к данной жидкости. [c.11] На рис. 3,6 жидкость образует с твердой поверхностью угол 90° (Р=90°), в этом случае жидкость ведет себя как бы нейтрально по отношению к поверхности, наконец, па рис. 3,в угол р между поверхностью жидкости и поверхностью твердого тела больше 90° (Р 90°). Пузырек стремится как бы распластаться на поверхности, которая называется леофобной по отношению к данной жидкости. [c.11] Пузырек недолго сидит па поверхности нагрева. Экспериментально установлено, что для воды это время составляет 0,023— 0,025 сек. Скорость подъема пузырька в воде около 0,25 м1сек, а пауза между отрывом предыдущего пузырька и появлением следующего продолжается около 1/40 сек [Л. 1]. [c.12] Как уже отмечалось, оторвавшись, пузырек увеличивается в объеме, так как получает тепло от жидкости, причем в гораздо большем количестве, чем при своем возникновении от поверхности нагрева. Это объясняется тем, что жидкости от этой поверхности передается в несколько раз больше тепла, чем газу или пару. [c.12] При движении пузырьков вверх они увлекают находящиеся над ними столбики жидкости, поднимая более горячую жидкость. [c.12] Таким образом, количество тепла, переданного от поверхности нагрева к поверхности раздела фаз, связано с количеством пузырьков в объеме кипящей жидкости. [c.12] При пленочном кипении (см. рис. 2,в) непосредственно над по-верх ностью нагрева располагается паровая пленка, образовавшаяся в какой-то момент из распластавшихся пузырьков. Тепловой поток через слой пара к жидкости ограничен плохой теплопередачей от поверхности нагрева к пару. [c.12] Теплопередача при пленочном кипении осуществляется путем теплопроводности, конвекции и излучения через пленку пара. Кроме того, количество пузырьков, поднимающихся вверх, значительно меньше, чем при пузырьковом кипении. Следовательно, теплообмен в слое жидкости при пленочном кипении хуже. [c.12] Вернуться к основной статье