Рост пузырей на поверхности нагрева при кипении

РОСТ ПУЗЫРЕЙ НА ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА ПРИ КИПЕНИИ [c.247]

Одной из основных характеристик механизма теплообмена при кипении жидкости является скорость роста паровых Пузырей на поверхности нагрева. [c.298]

Минимальный радиус Rк парового пузырька в момент зарождения соответствует размеру неровностей на поверхности теплообмена. Чем больше перегрев жидкости и чем выше давление р, тем меньше йк. Рхли жидкость смачивает стенку, кипение протекает при незначительном перегреве. Это означает, что на образование пузырей помимо перегрева и давления влияет также характер физико-химического взаимодействия жидкости с твердой стенкой. Число действующих центров парообразования увеличивается с уменьшением й. Рост числа центров парообразования приводит к увеличению интенсивности теплоотдачи за счет перемешивания жидкости при движении пузырьков. На поверхности нагрева [c.122]

При развитом кипении на поверхности действует значительное число центров парообразования. Одновременный рост большого числа пузырьков и их периодический отрыв от поверхности приводят к интенсивному перемешиванию и утончению пристенного слоя жидкости. От поверхности отрываются пузырьки различных размеров. Скорость всплывания больших пузырьков больше, чем малых. Некоторые большие пузырьки при всплывании дробятся на ряд более мелких. Мелкие пузырьки могут объединяться и образовывать большие пузыри. Объединение мелких пузырьков может происходить на поверхности нагрева еще до отрыва. В итоге общая картина кипения приобретает сложный характер. Свободная поверхность жидкости испытывает интенсивные пульсации. [c.306]

Механизм парообразования при переменном давлении отличен от механизма парообразования при постоянном давлении. Существенное значение имеет в этом случае не только изменение давления в кипящей жидкости во времени, но и направление этого изменения. Как уже было выяснено в предшествующих главах, при стационарном кипении, когда давление не меняется во времени, практически все паровые пузыри образуются на поверхности нагрева и затем, отрываясь от этой поверхности, всплывают в толще жидкости. При этом, хотя и имеет место испарение в пузыри, всплывающие в толще жидкости, однако новые паровые пузыри возникают только на твердой стенке. Наоборот, при нестационарном режиме парообразования в толще жидкости возможно как возникновение, так и исчезновение (конденсация) паровых пузырей. Первый из этих процессов имеет место при падении давления в кипящей жидкости, а второй — при росте давления. [c.198]

При низких давлениях и больших перегревах стенки паровой пузырь растет очень быстро. Это обусловливает возникновение в окружающей жидкости неоднородного поля давлений, которое в свою очередь деформирует, сплющивает паровой пузырь, как бы прижимая его к поверхности нагрева. На рис. 6.10, б представлены последовательные стадии роста парового пузыря при кипении воды при давлении 0,02 бар (2 кПа) и числе Ja = 3450. Этот рисунок воспроизводит очертание границы пузыря, как оно выглядело на кадрах кинопленки, полученной с помощью скоростной кино- [c.263]

При кипении жидкости на разных гладких металлических поверхностях наблюдаются весьма близкие значения dof. Материал поверхности нагрева практически не оказывает влияния на скорость роста паровых пузырей. Величина dof зависит от физических свойств жидкости и е пара и почти не зависит от материала поверхности нагрева. [c.112]

Изменение диаметра при росте пузыря на поверхности нагрева пропорционально что согласуется с данными, полученными при кипении других жидкостей [4.4—4.6], и подтверждает теоретическую зависимость [4.7]. В то же время частота образования пу ы-. рей для N2O4 выше по сравнению с величиной f для воды в основном из-за различного времени ожидания. [c.95]

Рассмотрим результаты исследований по воздействию ускорения на отдельные этапы процессов кипения. На зарождение пузырьков ускорение влияет косвенно. Отмеченное многими авторами [87—89] улучшение теплоотдачи за счет естественной конвекции с ростом ускорения приводит к тому, что кипение возникает при более высоких тепловых потоках. Увеличение ускорения приводит к возрастанию гидростатического давления и, следовательно, температуры насыщения Т , что затрудняет вскнБэние жидкости на поверхности нагрева, особенно при наличии большого градиента насыщения по высоте сосуда. При постоянной плотности теплового потока с ростом ускорения уменьшается плотность центров парообразования, а средняя частота отрыва пузырей возрастает отрывные диаметры пузырей уменьшаются. Рост пузырька на поверхности нагрева не зависит от ускорения, за исключением конечной стадии, когда он ускоряется. [c.85]

Исследование ([4.1] показало, что для перехода от режима свободной конвекции к пузырьковому кипению необходим более высокий перегрев по сравнению с АТ пер для обычных жидкоствй СО СХОДНЫМИ теплофизическими свойствами. Так, например, фреон-113 вскипал при перегреве стенки по сравнению с Ts на 3—5°, в то время как для начала кипения N2O4 требовался перегрев в 20°. Киносъемка процесса кипения показала также склонность пузырей четырехокиси азота к слиянию при росте на поверхности нагрева и дальнейшем движении в слое жидкости после отрыва. [c.96]

Пузырьковый режим. Пузырьковый режим кипения отличается высокой интенсивностью теплоотдачи при сравнительно небольших температурных напорах (опытные данные по кипению воды приведены на рис. 3.19). Теплоотдача не зависит от сил тяжести, формы поверхности нагрева и ее размера, если она остается гораздо больше отрывного диаметра пузыря, который при атмосферном и более высоких давлениях не превышает 2 мм. С ростом давления р коэффициент теплоотдачи а увеличивается. В области низких давлений (для воды р < 2 10 Па) кипение приобретает особенности — возникают значительные перегревы жидкости, работа центров парообразования отличается крайней нерегулярностью, процесс роста паровых пузырей, размеры которых в момент отрыва достигают 10—100 мм, носит взрывообразный характер. Это приводит к заметным колебаниям температуры поверхности нагрева и большим выбросам кипящей жидкости. Помимо давления, режимных параметров (задаваемое на поверхности нагрева значение Т или q свойств жидкости на процесс заметное влияние оказывают материал и толщина греющей стенки, а также такие трудно контролируемые факторы, как условия смачиваемости на поверхности нагрева и ее микрошероховатость. Эффекты, обусловленные свойствами поверхности нагрева, обычно проявляются одновременно, что еще больше затрудняет их учет. Для пузырькового кипения характерно явление гистерезиса. Если сначала увеличивать тепловую нагрузку, последовательно проходя ряд стационарных режимов кипения, а после достижения некоторого q < q - начать ее уменьшать, то кривые q (Д Т), полученные при увеличении и уменьшении нагрузки, не совпадут, причем более высокой оказывается теплоотдача при обратном ходе. В силу указанных факторов опытные данные по теплоотдаче при пузырьковом кипении имеют значительный разброс. [c.233]

Заключение. Электролитическое осаждение покрытия в процессе кипения является новым инструментом изучения процесса кипения. Число центров парообразования на поверхности нагрева можно теперь определять при гораздо более мощных тепловых потоках, чем это позволяла делать прежняя экспериментальная методика. Анализ данных, полученных в новых экспериментах, может привести к созданию единой теории для всей области пузырчатого кипения, в которой переменными яв-ляются состояние повешшости. а также образование и рост пузырей. [c.322]

Наиболее подробные визуальные наблюдения были выполнены на установке с радиащюнным нагревом, где основным режимом теплообмена был такой, в котором кипение охладителя начиналось на внутренней поверхности стенки. Вместе с истечением пара наблюдался также и вылет мельчайших капель жидкости из пористой стенки. В указанных режимах часто происходили колебания давления в системе. Визуально через подводящую охладитель стеклянную трубу было установлено, что при появлении и росте парового пузыря на внутренней поверхности давление в системе увеличивалось. Затем оно резко падало при продавлива-нии парового пузыря через проницаемую стенку, после чего процесс повторялся снова с периодичностью около 6 мин. [c.130]

При кипении жидкостей на твердой поверхности нагрева рост паровых пузырей происходит в условиях существенно неоднородного температурного поля, причем паровой объем имеет границу не только с жидкой фазой, но и с твердой стенкой. Поэто.му теоретический анализ закономерностей роста паровых пузырьков при кипении связан с большими трудностями, которые на сегодняшний день не преодолены. Вместе с тем понимание механизма роста пузырьков и последующего их отрыва от твердой поверхности очень важно для создания теории кипения в целом. Это обусловливает значительный интерес к теоретическому и экспериментальному (с помощью скоростной киносъемки) исследованию динамики паровых пузырьков при кипении. Имеющиеся в настоящее время в распоряже- [c.262]

От части поверхности, на которой нет активных зародышей паровой фазы, тепловой поток отводится жидкостью, сильно тур бу-лизированной паровыми пузырями. При пузырьковом кипении паровой пузырь отделен от теилоотдающей поверхности тонкой пленкой жидкости (микропленкой) [97, 98]. Краевой угол 0<9О= (рис. 6.1, а). Площадь непосредственного контакта поверхности нагрева с паром парового пузыря в центре основания последнего пренебрежимо мала, поэтому поверхность практически полностью омывается жидкостью. Однако необходимо отметить, что схематично представленная на рис. 6.1, а форма парового пузыря, обеспечивающая высокую интенсивность теплообмена, реализуется только при кипении жидкости, смачивающей теплоотдающую поверхность. Очевидно, что чем больше действующих на единице площади но- верхности центров парообразования z, тем большая часть теплового потока отводится от стенки за счет испарения жидкости в паровые пузыри и тем выше интенсивность теплообмена. С ростом величины Z усиливается турбулизация пристенной области паровыми пузырями, что также приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. [c.162]

Высокая интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении обусловлена мощным переносом масс жидкости от поверхности нагрева в ядро потока при росте и отрыве паровых пузырей, а также интенсивным перемешиванием жидкости вблизи поверхности нагрева. Значительно меньшая интенсивность теплоотдачи при пленочном кипении объясняется тем, что в этом случае масса жидкости отделена от поверхности нагрева слоем пара, имеющего низкую теплопроводность. На рис, 10.3 и 10.4 показано пленочное кипение спирта на графитовой поверхности, которое наблюдали В. М. Боришан-ский и О. С. Тасс. [c.237]

По мере увеличения температуры стенки, а следовательно, и ее тепловой нагрузки, перегрев жидкости в пристенном слое увеличивается, в связи с чем равновесный размер пузырьков становится меньше. Таким образом, плотность распределеления одновременно сидящих на стенке пузырей увеличивается, как и густота заполнения жидкостного объема свободно движущимися пузырями. Это приводит к росту суммарной поверхности раздела двух фаз, а следовательно, к интенсификации парообразования. Мощным фактором, действующим в том же направлении, является многоочаговое возмущение пограничного слоя жидкости пузырями. При росте пузыря окружающая его жидкость оттесняется, после же отрыва пузыря менее нагретая жидкость устремляется к месту, где перед тем находился пузырь. Возникают пульсационные движения, которые в районе каждого центра парообразования периодически турбулизируют пристенный слой. Пока температурный напор мал, немногочисленные возмущения от отрывающихся пузырей не оказывают существенного влияния на осредненную во времени интенсивность теплоотдачи, и поэтому коэффициент теплоотдачи к кипящей жидкости может быть определен так, как будто никакого кипения и не происходит. По мере увеличения плотности теплового потока положение решительно изменяется интенсивность теплоотдачи начинает превышать уровень, отвечающий некипящей жидкости. Перемешивание жидкости вблизи поверхности нагрева из-за кипения столь энергично при больших тепловых нагрузках, что коэффициент теплоотдачи может оказаться почти независящим от того, развивается ли кипение в большом объеме или же при наличии вынужденного течения жидкости вдоль стенки. [c.165]

Однако следует иметь в виду и различие в механизме формирования пузырей при бар ботаже и при кипении. В первом случае пузырь растет на отверстии вследствие поступления газа через последнее и, далее, оторвавшись от стенки, не меняет своей массы, если только не происходит его слияния с другими всплывающими пузырями. При этом, после нарушения устойчивости пузырьковой структуры граничного двухфазного слоя, возникает большой газовый колокол, который и является аналогом паровой пленки. При кипении же пузыри растут за счет испарения жидкости по всей их поверхности, их рост может продолжаться и после отрыва от поверхности нагрева. Точно так же после возникновения сплошной паровой пленки пар к ней подводится за счет испарения жидкости с ее внешней поверхности, в то время как в газовый колокол при барботаже газ поступает изнутри со стороны пористой стенки. [c.432]

Из гидродинамической гипотезы непосредственно следует аналогия гидродинамики двухфазной системы при кипении и бар-ботаже. Действительно, процесс возникновения паровых пузырей на центрах парообразования поверхности нагрева можно уподобить картине, возникающей при вдуве газа в жидкость через пористую стенку. Однако имеется существенное различие в механизме формирования пузырей газа при барботаже и пузырей пара при кипении. В первом случае пузырь растет на стенке благодаря поступлению газа через пору (отверстие) и, далее, оторвавшись, не меняет своей массы, если только не происходит его столкновение и слияние с другим пузырем. При кипении пузыри пара растут за счет жидкости, и их рост может продолжаться и после отрыва от поверхности нагрева. В результате к стенке всегда должен быть направлен поток жидкости, по массе равный массе образующегося пара. Однако это различие не может существенно сказываться на общей гидродинамической обстановке этого процесса, так как движение газовых (паровых) пузырей вызывает перемещение жидкости как вследствие увлечения трением, так и за счет присоединенной массы. Как известно, у сферы коэффициент присоединенной массы равен 1/2, а у плоского сфероида, расположенного своей плоской частью перпендикулярно вектору скорости, этот коэффициент близок к 10. Таким образом, пузыри несферической формы при своем перемешивании вовлекают в движение массу жидкости, заметно большую, чем их собственная. [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...