2. Минимальный радиус пузырька

Стадии процесса парообразования:

1. зарождение пузырьков на поверхности нагрева ();

2. рост пузырьков и их отрыв при диаметре ;

3. движение пузырьков в объеме жидкости.

Минимальный размер парового пузырька в момент зарождения называется критическим радиусом . Этот размер соответствует размеру неровностей на поверхности, которые являются центрами парообразования.

Критический радиус определяется из условия термодинамического равновесия фаз.

Для возникновения и существования парового пузырька необходимо, чтобы сила давления пара Р₁ внутри пузырька была не меньше суммы всех внешних сил, действующих на него, т. е силы давления жидкости и силы поверхностного натяжения. После несложных преобразований можно получить, что

,

где – теплота парообразования,;

–температура насыщения, ;

- сила поверхностного натяжения жидкости, ;

- плотность пара, .

Из формулы видно, что при увеличении степени перегрева или давления критический радиус уменьшается и увеличивается общее число центров парообразования. В результате происходит интенсивное перемешивание жидкости в пограничном слое и увеличение теплоотдачи.

3. Отрывной диаметр пузырька

Паровой пузырек, зародившись на стенке, растет до некоторого размера – диаметра , при котором он отрывается. Этот размер называется отрывным диаметром.

В статистических условиях отрывной диаметр парового пузырька определяется из условий равновесия между подъемной силой, которая стремится оторвать пузырек от поверхности и силой поверхностного натяжения, удерживающей его на твердой поверхности.

В момент отрыва пузырек обычно деформирован, и форма его отклоняется от сферической. Поэтому под отрывным диаметром понимают эквивалентный диаметр .

Схема роста парового пузыря

 - угол смачивания.

 < 90 –жидкость смачивает поверхность;

 > 90 – жидкость не смачивает поверхность.

.

Из формулы следует: чем хуже смачиваемость (чем больше ), тем больше отрывной диаметр . В этом случае увеличивается доля поверхности нагрева, экранированная основаниями пузырьков, жидкость как бы оттесняется от поверхности и интенсивность теплоотдачи уменьшается.

4. Кривая кипения

Кривая кипения – это кривая, показывающая зависимость теплового потока от степени перегрева жидкости.

,

где .

Рассмотрим характер изменения плотности теплового потока от перегрева жидкости.

Кривая кипения имеет шесть характерных областей.

1) конвективная область – область, соответствующая малым перегревам жидкости ;

2) область неустойчивого кипения – область, которая характеризуется небольшим количеством центров парообразования ;

3) область развитого пузырькового кипения;

4) переходная область – область, в которой тепловой поток постепенно снижается по мере вытеснения пузырькового кипения пленочным;

5) устойчивое пленочное кипение, лучистый перенос теплоты относительно невелик;

6) пленочное кипение, лучистый перенос теплоты приобретает существенное значение.

При кипении в условиях пониженных давлений режим конвективного кипения может затягиваться до высоких перегревов жидкости (линия А-Б).

А при кипении несмачивающих жидкостей пленочный режим может наступить при малых перегревах (линия В-Г).