Vrele tekočine. Odvisnost vrelišča od tlaka. Vrelišče Kaj je vrelišče

Vreti- To je intenziven prehod tekočine v paro, ki se pojavi z nastankom parnih mehurčkov po celotnem volumnu tekočine pri določeni temperaturi.

Med vrenjem se temperatura tekočine in pare nad njo ne spremeni. Ostaja nespremenjena, dokler vsa tekočina ne povre. To je zato, ker se vsa energija, dovedena tekočini, porabi za njeno pretvorbo v paro.

Temperatura, pri kateri tekočina zavre, se imenuje vrelišče.

Vrelišče je odvisno od pritiska, ki deluje na prosto površino tekočine. To je posledica odvisnosti tlaka nasičene pare od temperature. Parni mehurček raste tako dolgo, dokler tlak nasičene pare v njem rahlo presega tlak v tekočini, ki je vsota zunanjega tlaka in hidrostatičnega tlaka stolpca tekočine.

Večji ko je zunanji pritisk, več temperatura vrelišča.

Vsi vedo, da voda vre pri 100 ºC. Vendar ne smemo pozabiti, da to velja le pri normalnem atmosferskem tlaku (približno 101 kPa). S povečanjem tlaka se vrelišče vode poveča. Tako se na primer v loncih na pritisk hrana kuha pod pritiskom približno 200 kPa. Vrelišče vode doseže 120°C. V vodi te temperature je proces kuhanja veliko hitrejši kot v navadni vreli vodi. To pojasnjuje ime "lonec na pritisk".

Nasprotno, z zmanjšanjem zunanjega tlaka s tem znižamo vrelišče. Na primer, v gorskih regijah (na nadmorski višini 3 km, kjer je tlak 70 kPa) voda vre pri temperaturi 90 ° C. Zato prebivalci teh območij, ki uporabljajo tako vrelo vodo, potrebujejo veliko več časa za kuhanje kot prebivalci ravnin. In kuhati v tej vreli vodi, na primer, kokošje jajce je na splošno nemogoče, saj pri temperaturi pod 100 ° C beljakovina ne koagulira.

Vsaka tekočina ima svoje vrelišče, ki je odvisno od nasičenega parnega tlaka. Višji kot je nasičeni parni tlak, nižje je vrelišče ustrezne tekočine, saj se pri nižjih temperaturah nasičeni parni tlak izenači z atmosferskim tlakom. Na primer, pri vrelišču 100 ° C je tlak nasičene vodne pare 101.325 Pa (760 mm Hg), parni tlak pa le 117 Pa (0,88 mm Hg). Živo srebro vre pri 357 °C pri normalnem tlaku.

Toplota uparjanja.

Toplota uparjanja (toplota uparjanja)- količino toplote, ki jo je treba sporočiti snovi (pri konstantnem tlaku in konstantni temperaturi) za popolno pretvorbo tekoče snovi v paro.

Količina toplote, ki je potrebna za uparjanje (ali sproščena med kondenzacijo). Za izračun količine toplote Q, potrebno za pretvorbo v paro tekočine katere koli mase, vzete pri vrelišču, potrebujete specifično toploto uparjanja r um-nož k maši m:

Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote.

TEMPERATURA VRELIŠČA
(vrelišče) - temperatura, pri kateri se tekočina spremeni v paro (tj. plin) tako intenzivno, da se v njej tvorijo parni mehurčki, ki se dvignejo na površje in počijo. Hitro nastajanje mehurčkov v celotni prostornini tekočine imenujemo vrenje. V nasprotju s preprostim izhlapevanjem med vrenjem tekočina prehaja v paro ne samo s proste površine, temveč tudi po celotnem volumnu - znotraj nastalih mehurčkov. Vrelišče katere koli tekočine je konstantno pri danem atmosferskem ali drugem zunanjem tlaku, vendar narašča z naraščanjem tlaka in pada z zmanjševanjem tlaka. Na primer, pri normalnem atmosferskem tlaku 100 kPa (to je tlak na morski gladini) je vrelišče vode 100 ° C. Na nadmorski višini 4000 m, kjer tlak pade na 60 kPa, voda zavre pri približno 85 °C, kuhanje hrane v gorah pa traja dlje. Iz istega razloga se hrana hitreje skuha v »loncu na pritisk«: tlak v njem se dvigne, nato pa se dvigne temperatura vrele vode.
VRELIŠČA NEKATERIH SNOVI(na gladini morja)

Snov __ Temperatura, °С
Zlato ___________2600
Srebrna __________1950
Živo srebro _____________356,9
Etilenglikol _____197.2
Morska voda ______100,7
Voda ______________ 100,0
Izopropilni alkohol 82.3
Etilni alkohol _____78.3
Metilni alkohol ____64.7
Eter _______________34.6

Vrelišče snovi je odvisno tudi od prisotnosti nečistoč. Če v tekočini raztopimo hlapno snov, se vrelišče raztopine zniža. Nasprotno, če raztopina vsebuje snov, ki je manj hlapljiva kot topilo, bo vrelišče raztopine višje od vrelišta čiste tekočine.
Poglej tudi
TEMPERATURA STRAJEVANJA ;
TOPLOTA ;
TEORIJA TEKOČINE.
LITERATURA
Croxton K. Fizika tekočega stanja. M., 1978 Novikov I.I. Termodinamika. M., 1984

Enciklopedija Collier. - Odprta družba. 2000 .

Poglejte, kaj je "VRELIŠČE" v drugih slovarjih:

Temperatura, pri kateri tekočina vre pod stalnim pritiskom. Vrelišče pri normalnem atmosferskem tlaku (1013,25 hPa ali 760 mm Hg) se imenuje normalno vrelišče ali vrelišče ... Veliki enciklopedični slovar

VRELIŠČE, temperatura, pri kateri snov prehaja iz enega stanja (faze) v drugo, to je iz tekočine v paro ali plin. Vrelišče se poveča, ko se zunanji tlak poveča, in zmanjša, ko se ta zmanjša. Ponavadi ona..... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

- (označeno s Tbp, Ts), temperatura ravnotežnega prehoda tekočine v paro pri DC. ext. pritisk. Pri T. do je tlak nasičen. para nad ravno površino tekočine postane enaka ekst. tlak, zaradi česar po vsej prostornini tekočine ... ... Fizična enciklopedija

- - temperatura, pri kateri tekočina pod vplivom segrevanja preide iz tekočega stanja v plinasto; To vrelišče je odvisno od tlaka. Edvart. Slovar avtomobilističnega žargona, 2009 ... Avtomobilski slovar

Temperatura, ki jo doseže tekočina pri brbotanju * * * (Vir: United Dictionary of Culinary Terms) ... Kulinarični slovar

temperatura vrelišča- - [A.S. Goldberg. Angleško-ruski energetski slovar. 2006] Teme energija na splošno EN temperatura vrelišča … Priročnik tehničnega prevajalca

Vrelišče, vrelišče je temperatura, pri kateri tekočina vre pod stalnim pritiskom. Vrelišče ustreza temperaturi nasičenih hlapov nad ravno površino vrele tekočine, saj ... Wikipedia

temperatura vrelišča- (Tboil, tboil) temperatura ravnotežnega prehoda tekočine v paro pri konstantnem zunanjem tlaku. Pri vrelišču postane tlak nasičene pare nad ravno površino tekočine enak zunanjemu tlaku, ... ... Enciklopedični slovar metalurgije

Temperatura, pri kateri tekočina vre pod stalnim pritiskom. Vrelišče pri normalnem atmosferskem tlaku (1013,25 hPa ali 760 mm Hg) se imenuje normalno vrelišče ali vrelišče. * * … enciklopedični slovar

temperatura vrelišča- 2,17 temperatura vrelišča tekočine, ki vre pri atmosferskem tlaku okolice 101,3 kPa (760 mmHg). Vir: GOST R 51330.9 99: Eksplozijsko varna električna oprema. Del 10. Razvrstitev nevarnih območij ... Slovar-priročnik izrazov normativne in tehnične dokumentacije

knjige

• , Yu. A. Lebedev, A. N. Kizin, T. S. Papina, I. Sh. Saifullin, Yu. E. Moshkin. V tej knjigi so predstavljene najpomembnejše numerične značilnosti številnih ogljikovodikov, med katerimi so upoštevane naslednje fizikalno-kemijske konstante: molekulska masa, temperatura ...
• Značilnosti ogljikovodikov. Analiza numeričnih podatkov in njihovih priporočenih vrednosti. Referenčna knjiga, Yu.A.Lebedev Ta knjiga predstavlja najpomembnejše numerične značilnosti številnih ogljikovodikov, med katerimi so upoštevane naslednje fizikalno-kemijske konstante: molekulska masa, temperatura ...

Lebdenje navzgor in nasičena vsebina v njih. para prehaja v parno fazo nad tekočino. Vrenje je ena od osnov. fizično pojavov, ki se uporabljajo v mnogih kemični procesi. tehnologije. Posebnost slednjega je široka uporaba raztopin in mešanic razkroja. in-in kot delovna telesa. Kompleksna termohidrodinamika vrenja čistih tekočin in raztopin tvori bitja. vpliv na zasnovo in splošne dimenzije tehnol. naprave. Delo, porabljeno za povečanje prostornine in površinske energije krogle. mehurček polmera R, določen s f-le: L 0 \u003d - (4/3) p R 3 D p+4 p L 2 s , kjer je D p - razlika tlaka v mehurčku in okoliški tekočini, Pa; in koeficient površinska napetost, N/m. Min. polmer nastajajočega parnega mehurčka (jedra) R min \u003d 2T kip s /, kjer r p - gostota pare, kg / m 3; r - toplota uparjanja, J / kg (T fl in T bale so razložene spodaj). Na mestih, kjer nastanejo jedra parne faze, lahko služijo plinasti vključki, trdni delci v tekočini, mikrokaviteti na grelnih površinah itd. Delo, potrebno za nastanek parne "lige" na steni in vmesniku para-tekočina: L=L 0 (0,5+0,75cos Q- 0,25 cos 3 Q ), kjer je Q - kontaktni kot omočenja. pri Q =180° delo L=0, tj. na abs. navlaženi površini nastane sferičen mehurček, kot v prostornini tekočine. Z nižanjem tlaka se gostota pare zmanjšuje in min. polmer tvorbe jeder je površina ogrevanja osiromašena s centri generiranja parnih mehurčkov. To vodi do nestabilnega vrenja, s Kromom pride do konvektivnega gibanja pregrete tekočine, ki ga nadomesti burno vrenje, ki ga sproži ena ali več. mikrokavitete ustreznega radija. Z znižanjem temperature, ko tekočina vre, se te mikrokavitete "izklopijo" in cikel pregrevanja konvektivno gibljive tekočine se znova ponovi. T-ra, pri kateri tekočina vre pod stalnim tlakom (na primer atmosferskim), imenovana. vrelišče (T bale). Kot T kip take t-ru sat. para (temperatura nasičenja) nad ravno površino tekočine, ki vre pri danem tlaku. Temperatura vrelišča pri atm. tlak je običajno naveden kot eden glavnih. fiz.-kem. značilnosti kemično čistega in-va. Z naraščajočim tlakom se poveča T kip (glej Clapeyron-Clausiusovo enačbo). Meja T kip - kritična. t-ra in-va (glej Kritični pojavi). Nižja T bala z zmanjšanjem zunanjosti. tlak je osnova definicije barometričnega. pritisk . Razlikovati med volumetričnim in površinskim vrenjem. Masivno vrenje je tvorba parnih mehurčkov znotraj mase tekočine, ki je v pregretem ali metastabilnem stanju pri T f > T vrelišča, kjer je T f temperatura pregrete tekočine. Tako vrenje se realizira v ti. naprave za volumetrično vrenje, učinkovite za nevtralizacijo in odstranjevanje agresivnih tekočin, zlasti destilacijskih tekočin v proizvodnji sode. Površinsko vretje-uparjanje na grelni površini, ki ima temperaturo T n > T boil. Tako vrenje je možno tudi v primeru, ko t-ra bazična. tekoča masa T<Т кип, но в окрестности пов-сти нагрева образовался пограничный слой, перегретый до т-ры, превышающей Т кип. Осн. виды поверхностного кипения - пузырьковое и пленочное. Mehurčkasto vretje se pojavi z zmernimi toplotnimi tokovi na mikrovotlinah površine, omočene s tekočino. Para nastaja v aktivnih centrih uparjanja v obliki verig mehurčkov. Zaradi kroženja tekočine v neposrednem stiku z ogrevalno površino je zagotovljena visoka stopnja prenosa toplote - v tem primeru koeficient. prenos toplote a [W/(m 2 . K)] je sorazmeren z gostoto toplotnega toka q(W/m2) na potenco ~0,7. Filmsko vrenje poteka na nemočljivih grelnih površinah (npr. vrenje v stekleni cevi); na namočenih površinah jedrno vrenje preide v filmsko vrenje (prva vrelna kriza), ko doseže prvo kritično. gostota toplotnega toka q cr,1 . Intenzivnost prenosa toplote med filmskim vrenjem je veliko manjša kot pri vrenju z mehurčki, kar je posledica majhnih vrednosti koeficienta. toplotna prevodnost l [W/(m . K)] in gostoto hlapov v primerjavi z vrednostmi tekočine. Z laminarnim gibanjem pare v filmu a ~q -O.25 pri turbulentnem gibanju je jakost prenosa toplote malo odvisna od gostote toplotnega toka in velikosti grelca. Povečanje tlaka povzroči povečanje a v obeh primerih. Uničenje filmskega vrenja in ponovna vzpostavitev mehurčkastega vrenja (druga kriza vrenja) na namočenih površinah se pojavi med drugo kritično fazo. gostota toplotnega toka q kr,2[ q cr.1 (slika 1). Krize vrenja so opredeljene preim. hidrodinamičen mehanizem izgube stabilnosti strukture obstenske dvofazne mejne plasti. Hidrodinamični kriterij. stabilnost vrelišča ima obliko: , kjer dr razlika v gostoti med tekočino in paro. Kot prvi približek je pri vrenju v veliki prostornini nas. homogena tekočina z nizko viskoznostjo k = const (za vodo, alkohol in številne druge medije k ~ 0,14-0,16). V tekočini, osn. masa roja je premalo segreta do vrelišča za vrednost v \u003d T vre - T dobro, parameter q kp ~ q kr, 10 (l + 0,1 ar p -0,75 K -1),

riž. 1. Odvisnost gostote toplotnega toka od temperaturne razlike

D T \u003d T in -T vreta pri vrenju v veliki prostornini prosto konvekcijske tekočine: 1 - način mehurčkov; 2 - prehodni način, za katerega je značilna sprememba strukture mehurčkov na ogrevalni površini z neprekinjenim parnim slojem (filmom), iz katerega izstopajo veliki parni mehurčki; 3 - filmski način, pri Kromu je tudi sevalni prenos toplote od grelne površine do tekočine skozi parno plast; ravna črta označuje tretjo vrelno krizo. kjer je q kr,10 gostota toplotnega toka pri v=0, r n - razmerje med gostotami pare in tekočine, K=r/C p v - toplotni kriterij faznega prehoda, C p - toplotna kapaciteta mase tekočine, JDkg. DO). Pri nizkih tlakih je možna tretja vrelna kriza v obliki neposrednega prehoda iz režima konvektivnega gibanja tekočine v razvito filmsko vrenje. Ta prehod ima verižni kavitacijski mehanizem in se realizira pri razlikah v temperaturi na površini segrevanja in vrelišča, pri čemer je izpolnjen pogoj: kjer l ž in r w - oz. toplotna prevodnost in gostota pregrete tekočine, g - brez pospeška. padec. Četrta vrelna kriza je povezana s pojavom termodinamike. nestabilnost tekoče faze ob doseganju določene kritične. ogrevanje. Kritično gostote toplotnega toka med vrenjem v kanalih so močno odvisne od njihovih oblik in velikosti, pretoka tekočine in vsebnosti hlapov v toku. Univerzalni vzorci tu še niso vzpostavljeni. Z brezplačno širjenje tekočine po vroči površini, t.i. sferoidno stanje - tekočina visi nad grelno površino pod vplivom dinamike. odpornost nastale pare (slika 2). Čas popolnega izhlapevanja dane začetne prostornine tekočine je določen s temperaturo grelnika.

riž. 2. Oblike izhlapevanja tekočine, ki se prosto širi po vroči površini: in v kapljici, ki omoči ne zelo segreto površino, pride do nukleatnega vrenja; b se je t-ra stene dvignila, kaplja pa dobi kroglasto obliko; c z zvišanjem temperature grelne površine kapljica visi v parni plasti; d - z naraščajočo prostornino kapljica dobi obliko ravnega sferoida; e je velik sferoid, ki visi v parni plasti, iz katere se para odvaja skozi mehurčke v obliki kupole.

V tehn. postopki uporabljajo obe vrsti površinskega vrenja. Filmsko vrenje se na primer izvede med tekočim kaljenjem kovine. izdelkov. Zasnova toplotnih izmenjevalnikov s prisilno dodelitvijo toplotnega toka (s sproščanjem joulove toplote, toplote okoliša spontanega razpada jedrskega goriva, v generatorjih pare itd.) se izvaja na podlagi mehurčkovega načina vrenja hladilna tekočina. Pojav filmskega vrenja, npr. ko tlak popusti, lahko povzroči izredne razmere. Termohidrodinamika vrelih raztopin in čistih tekočin se bistveno razlikuje. Za nekatere raztopine in emulzije je torej kritično. gostota toplotnega toka je odvisna od

PRENOS TOPLOTE PRI VRETJU IN KONDENZACIJI

PRENOS TOPLOTE VRELA

Vreti imenujemo proces intenzivnega uparjanja, ki se pojavi v celotnem volumnu tekočine, ki je pri temperaturi nasičenja ali nekoliko pregret glede na temperaturo nasičenja, s tvorbo parnih mehurčkov. V procesu fazne transformacije se toplota uparjanja absorbira. Proces vrenja je običajno povezan z dovajanjem toplote vreli tekočini.

Načini vrenja tekočine.

Razlikovati med vrenjem tekočin na trdni površini za izmenjavo toplote, na katero se toplota dovaja od zunaj, in vrenjem v prostornini tekočine.

Pri vrenju na trdni površini se ponekod na tej površini opazi nastanek parne faze. Pri volumetričnem vrenju nastane parna faza spontano (spontano) neposredno v masi tekočine v obliki posameznih parnih mehurčkov. Do množičnega vrenja lahko pride le, če je pregretje tekoče faze večje glede na temperaturo nasičenja pri danem tlaku kot pri vrenju na trdni površini. Znatno pregrevanje je mogoče doseči na primer s hitrim znižanjem tlaka v sistemu. Masivno vrenje lahko poteka, če so v tekočini notranji viri toplote.

V sodobni energetiki in tehnologiji se običajno srečujemo s procesi vrenja na trdnih grelnih površinah (površine cevi, stene kanalov itd.). Ta vrsta vrenja je v glavnem obravnavana spodaj.

Mehanizem prenosa toplote med jedrnim vrenjem se razlikuje od mehanizma prenosa toplote med konvekcijo enofazne tekočine s prisotnostjo dodatnega prenosa mase snovi in ​​toplote s parnimi mehurčki iz mejne plasti v prostornino vrelišča. tekočina. To vodi do visoke intenzivnosti prenosa toplote med vrenjem v primerjavi s konvekcijo enofazne tekočine.

Da pride do procesa vrenja, morata biti izpolnjena dva pogoja: prisotnost pregretja tekočine glede na temperaturo nasičenja in prisotnost centrov uparjanja.

Pregrevanje tekočine ima največjo vrednost neposredno na segreti površini izmenjave toplote. Vsebuje tudi centre uparjanja v obliki stenskih nepravilnosti, zračnih mehurčkov, prašnih delcev itd. Zato nastajanje parnih mehurčkov poteka neposredno na površini za izmenjavo toplote.

Slika 3.1 - načini vrenja tekočine v neomejeni prostornini: a) - mehurček; b) - prehodno; c) - film

Na sl. 3.1. shematično prikazuje načine vrenja tekočine v neomejeni prostornini. pri način mehurčkov vrenje (slika 3.1, a), ko se temperatura grelne površine poveča tc in glede na temperaturno razliko raste število aktivnih centrov uparjanja, proces vrenja postaja vedno bolj intenziven. Parni mehurčki se občasno odcepijo od površine in, ko lebdijo na prosto površino, še naprej rastejo v prostornini.

S povečanjem temperaturne razlike Δ t močno se poveča toplotni tok, ki se odvaja od grelne površine do vrelišča. Vsa ta toplota se na koncu porabi za tvorbo pare. Zato ima enačba toplotne bilance za vrenje obliko:

Kje Q- toplotni tok, W; r- toplota prehoda tekoče faze, J/kg; G str- količina pare, ki nastane na časovno enoto kot posledica vrenja tekočine in se odstrani z njene proste površine, kg/s.

toplotni tok Q s povečanjem temperaturne razlike Δ t ne raste v nedogled. Za neko vrednost Δ t doseže največjo vrednost (sl. 3.2), z nadaljnjim povečanjem Δ t se začne zmanjševati.

Slika 3.2 - Odvisnost gostote toplotnega toka q

od temperaturne razlike Δ t pri vrenju vode v veliki prostornini pri atmosferskem tlaku: 1- segrevanje do temperature nasičenja; 2 - način mehurčkov; 3 - prehodni način; 4 - filmski način.

Podajte risbe 1 2 3 in 4

Vretje z mehurčki poteka v odseku 2 (slika 3.2), dokler ni dosežen največji odvod toplote na točki q kr1 , poklican prva kritična gostota toplotnega toka. Za vodo pri atmosferskem tlaku je prva kritična gostota toplotnega toka ≈ W/m 2 ; ustrezna kritična vrednost temperaturne razlike W/m 2 . (Te vrednosti se nanašajo na pogoje vrenja vode v prostem gibanju v veliki prostornini. Za druge pogoje in druge tekočine so vrednosti drugačne).

Za večji Δ t prihaja prehodni režim vre (slika 3.1, b). Zanj je značilno, da se tako na sami ogrevalni površini kot v njeni bližini mehurčki nenehno spajajo med seboj in nastajajo velike parne votline. Zaradi tega je dostop tekočine do same površine postopoma vse težji. Na nekaterih mestih na površini se pojavijo "suhe" lise; njihovo število in velikost nenehno naraščata z naraščanjem površinske temperature. Takšni odseki so tako rekoč izključeni iz izmenjave toplote, saj je odvajanje toplote neposredno na paro veliko manj intenzivno. To določa močno zmanjšanje toplotnega toka (odsek 3 na sliki 3.2) in koeficienta prenosa toplote v območju prehodnega režima vrelišča.

Končno je pri določeni temperaturni razliki celotna ogrevalna površina prekrita s kontinuiranim filmom pare, ki tekočino potiska stran od površine. Od zdaj naprej obstaja filmski način vre (slika 3.1, V). V tem primeru se prenos toplote z grelne površine na tekočino izvaja s konvektivnim prenosom toplote in sevanjem skozi parni film. Intenzivnost prenosa toplote v načinu filmskega vrenja je precej nizka (razdelek 4 na sliki 3.2). Parni film doživlja pulzacije; para, ki se občasno nabira v njej, se zlomi v obliki velikih mehurčkov. V trenutku začetka filmskega vrenja je toplotna obremenitev, odstranjena s površine, in s tem količina nastale pare minimalna. To ustreza sl. 3,2 točka q kr2 , poklican druga kritična gostota toplotnega toka. Pri atmosferskem tlaku vode je za trenutek začetka filmskega vrenja značilna temperaturna razlika ≈150 °C, tj. tc je približno 250°C. Z večanjem temperaturne razlike se vedno večji del toplote prenaša zaradi izmenjave toplote s sevanjem.

Vse tri režime vrenja lahko opazimo v obratnem vrstnem redu, če na primer vroč masivni kovinski izdelek spustimo v vodo za gašenje. Voda vre, sprva ohlajanje telesa poteka razmeroma počasi (filmsko vretje), nato se hitrost ohlajanja hitro poveča (prehodni način), voda začne občasno vlažiti površino, največja stopnja znižanja površinske temperature pa je dosežena v zadnja faza ohlajanja (vretje z mehurčki). V tem primeru vrenje poteka pod nestacionarnimi pogoji v času.

Na sl. 3.3 prikazuje vizualizacijo mehurčkov in filmskih načinov vrenja na električno ogrevani žici v vodi.

riž. 3.3 vizualizacija načinov mehurčkastega in filmskega vrenja na električno ogrevani žici: a) - mehurčkasti in b) - filmski način vrenja.

V praksi pogosto naletimo tudi na razmere, ko se na površino dovaja fiksni toplotni tok, tj. q= konst. To je značilno na primer za toplotne električne grelnike, gorivne elemente jedrskih reaktorjev in približno v primeru sevalnega površinskega ogrevanja iz virov z zelo visoko temperaturo. V pogojih q= konstantna površinska temperatura tc in s tem temperaturno razliko Δ t odvisno od stanja vrelišča tekočine. Izkazalo se je, da v takih pogojih oskrbe s toploto prehodni režim ne more obstajati stacionarno. Posledično proces vrenja pridobi številne pomembne značilnosti. S postopnim povečevanjem toplotne obremenitve q temperaturna razlika Δ t poveča v skladu s črto vrelišča mehurčkov na sl. 3.2, in proces se razvija na enak način, kot je opisano zgoraj. Novi pogoji nastanejo, ko dovedena gostota toplotnega toka doseže vrednost, ki ustreza prvi kritični gostoti toplotnega toka q cr1. Zdaj pa za vsako rahlo (tudi nenamerno) povečanje vrednosti q obstaja presežek med količino toplote, dovedene na površino, in največjo toplotno obremenitvijo q kr1 , ki ga lahko preusmerimo v vrelo tekočino. Ta presežek ( q-q kp1) povzroči zvišanje površinske temperature, t.j. začne se nestacionarno segrevanje materiala stene. Razvoj procesa pridobi krizni značaj. V delčku sekunde se temperatura materiala ogrevalne površine poveča za stotine stopinj in samo če je stena dovolj ognjevzdržna, se kriza uspešno konča z novim stacionarnim stanjem, ki ustreza območju filmskega vrelišča pri zelo visoki površinski temperaturi. . Na sl. 3.2 je ta krizni prehod od jedrnega do filmskega vrelišča pogojno prikazan s puščico kot "skok" iz jedrne krivulje vrelišča na linijo filmskega vrelišča pri enaki toplotni obremenitvi. q cr1. Vendar to običajno spremlja taljenje in uničenje grelne površine (njeno izgorevanje).

Druga značilnost je, da če je prišlo do krize in je bil vzpostavljen režim filmskega vrelišča (površina se ni zrušila), potem bo z zmanjšanjem toplotne obremenitve filmsko vretje vztrajalo, tj. vzdolž vretenca se bo zdaj zgodil obratni proces. filmsko vrelišče (slika 3.2). Šele ob dosegu q kr2 začne tekočina periodično dosegati (močiti) grelno površino na ločenih točkah. Odvzem toplote se poveča in preseže dovedeno toploto, posledično pride do hitrega ohlajanja površine, ki ima tudi krizni značaj. Pride do hitre spremembe režimov in vzpostavi se stacionarno jedrno vrenje. Ta obratni prehod (druga kriza) na sl. 3.2 je prav tako običajno prikazan s puščico kot "skok" s filmske krivulje vrelišča na jedrno vrelišče pri q = q cr2.

Torej, pod pogoji fiksne vrednosti gostote toplotnega toka q doveden na grelno površino, sta oba prehoda iz mehurčkov v film in obratno krizne narave. Pojavijo se pri kritičnih gostotah toplotnega toka q kr1 in q cr2 oz. V teh pogojih prehodni način vrenja ne more obstajati stacionarno; je nestabilen.

V praksi se metode odvajanja toplote pogosto uporabljajo pri vrenju tekočine, ki se premika znotraj cevi ali kanalov različnih oblik. Torej se procesi ustvarjanja pare izvajajo zaradi vrenja vode, ki se premika v ceveh kotla. Toplota se na površino cevi dovaja iz vročih produktov zgorevanja goriva zaradi sevanja in konvektivnega prenosa toplote.

Za proces vrenja tekočine, ki se giblje znotraj omejenega volumna cevi (kanala), zgoraj opisani pogoji ostajajo veljavni, vendar se skupaj s tem pojavljajo številne novosti.

navpična cev. Cev ali kanal je omejen sistem, v katerem med gibanjem vrele tekočine prihaja do zveznega naraščanja parne faze in zmanjševanja tekoče faze. Skladno s tem se hidrodinamična struktura toka spreminja tako vzdolž dolžine kot vzdolž prečnega prereza cevi. V skladu s tem se spremeni tudi prenos toplote.

Obstajajo tri glavna območja z različno strukturo toka tekočine vzdolž dolžine navpične cevi, ko se tok premika od spodaj navzgor (slika 3.4): jaz- ogrevalno območje (odsek ekonomizatorja, do cevnega odseka, kjer T c \u003d T n); II- vrelišče (oddelek za izparevanje, od odseka, kjer T c \u003d T n, i f<jaz n, v razdelek, kjer T c \u003d T n, i cm→jaz n); III- območje sušenja mokre pare.

Oddelek za izhlapevanje vključuje področja s površinskim vrenjem nasičene tekočine.

Na sl. 3.4 shematično prikazuje strukturo takega toka. Oddelek 1 ustreza segrevanju enofazne tekočine na temperaturo nasičenja (oddelek ekonomizatorja). V odseku 2 pride do površinskega nukleatnega vrenja, pri katerem se poveča prenos toplote v primerjavi z odsekom 2. V odseku 3 poteka emulzijski režim, v katerem je dvofazni tok sestavljen iz tekočine in v njej enakomerno porazdeljenih relativno majhnih mehurčkov, ki nato se združijo in tvorijo velike mehurčke - čepe, sorazmerne s premerom cevi. V načinu čepa (oddelek 4) se para premika v obliki ločenih velikih mehurčkov-čepkov, ločenih z vmesnimi plastmi emulzije para-tekočina. Nadalje se v odseku 5 mokra para premika v neprekinjeni masi v jedru toka in tanka obročasta plast tekočine v bližini stene cevi. Debelina te tekoče plasti se postopoma zmanjšuje. Ta del ustreza obročastemu režimu vrenja, ki se konča, ko tekočina izgine s stene. V oddelku 6 pride do sušenja s paro (povečanje stopnje suhosti s paro). Ker je proces vrenja končan, se prenos toplote zmanjša. V prihodnosti se zaradi povečanja specifične prostornine pare poveča hitrost pare, kar povzroči nekaj povečanja prenosa toplote.

Slika 3.4 - Struktura toka, ko tekočina vre v navpični cevi

Povečanje hitrosti kroženja ob dani q z dolžina cevi in ​​vstopna temperatura vodi do zmanjšanja območij z razvitim vrenjem in povečanja dolžine odseka ekonomizatorja; z naraščanjem q z pri dani hitrosti se nasprotno dolžina odsekov z razvitim vrenjem poveča, dolžina odseka ekonomizatorja pa se zmanjša.

Horizontalne in poševne cevi. Ko se dvofazni tok premika znotraj cevi, ki se nahajajo vodoravno ali z rahlim naklonom, poleg spremembe strukture toka vzdolž dolžine pride do pomembne spremembe v strukturi vzdolž oboda cevi. Torej, če sta stopnja kroženja in vsebnost hlapov v toku majhna, pride do razslojevanja dvofaznega toka v tekočo fazo, ki se giblje v spodnjem delu cevi, in para, ki se giblje v njenem zgornjem delu ( Slika 3.5, A). Z nadaljnjim povečevanjem vsebnosti hlapov in hitrosti kroženja dobi vmesnik med parno in tekočo fazo valovit značaj, tekočina pa občasno zmoči zgornji del cevi z valovnimi grebeni. Z nadaljnjim povečanjem vsebnosti in hitrosti hlapov se valovno gibanje na fazni meji poveča, kar vodi do delnega izmeta tekočine v območje hlapov. Zaradi tega dobi dvofazni tok značaj toka, najprej blizu toka s polži, nato pa obročastega toka.

riž. 3.5 - Struktura toka med vrenjem tekočine v vodoravni cevi.

A– način stratificiranega vrenja; b– način palice; 1 - para; 2 - tekočina.

V obročastem načinu je vzdolž celotnega oboda cevi vzpostavljeno gibanje tanke plasti tekočine, v jedru toka se premika mešanica pare in tekočine (slika 3.5, b). Vendar tudi v tem primeru v strukturi toka ni opaziti popolne osne simetrije.

če je intenzivnost dovajanja toplote stenam cevi dovolj velika, lahko pride do procesa vrenja tudi, ko se tok v cevi podhladi na temperaturo nasičenja tekočine.Takšen proces nastane, ko se temperatura stene zmanjša. tc preseže temperaturo nasičenja t s . obdaja mejno plast tekočine neposredno ob steni. Parni mehurčki, ki vstopajo v hladno jedro toka, se hitro kondenzirajo. Ta vrsta vrenja se imenuje vrenje s podhladitvijo.

Odvzem toplote v načinu mehurčkastega vrenja je eden najnaprednejših načinov hlajenja grelne površine. Najde široko uporabo v tehničnih napravah.

3.1.2. Prenos toplote med jedrnim vrenjem.

Opazovanja kažejo, da s povečanjem temperaturne razlike Δ t = tc-t s, kot tudi pritisk R na grelni površini se poveča število aktivnih centrov uparjanja. Posledično vedno več mehurčkov nastaja, raste in se odlepi od grelne površine. Posledično se poveča turbulenca in mešanje obstenske mejne plasti tekočine. Mehurčki med rastjo na grelni površini intenzivno odvzemajo toploto tudi mejni plasti. Vse to prispeva k izboljšanju prenosa toplote. Na splošno je proces jedrnega vrenja precej kaotičen.

Študije kažejo, da je število uparjevalnih centrov na tehničnih ogrevalnih površinah odvisno od materiala, strukture in mikrohrapavosti površine, prisotnosti heterogenosti površinske sestave in plina (zraka), ki ga površina adsorbira. Opazen učinek imajo različne racije, oksidni filmi, pa tudi kateri koli drugi vključki.

Opazovanja kažejo, da v realnih pogojih središča izhlapevanja običajno služijo kot posamezni elementi površinske hrapavosti in mikrohrapavosti (prednostno različne depresije in depresije).

Običajno je število uparjevalnih centrov na novih površinah večje kot na istih površinah po daljšem vrenju. To je predvsem posledica prisotnosti plina, ki ga absorbira površina. Sčasoma se plin postopoma odstrani, pomeša s paro v rastočih mehurčkih in se odnese v parni prostor. Proces vrenja in prenos toplote sta časovno in intenzivnostno stabilizirana.

Na pogoje za nastanek parnih mehurčkov močno vpliva površinska napetost na meji med tekočino in paro.

Zaradi površinske napetosti je parni tlak znotraj mehurčka R n nad tlakom tekočine, ki ga obdaja R in. Njihova razlika je določena z Laplaceovo enačbo

kjer je σ površinska napetost; R je polmer mehurčka.

Laplaceova enačba izraža pogoj mehanskega ravnovesja. Kaže, da površinska napetost, kot elastična lupina, "stisne" paro v mehurčku in močnejša je, manjši je njen polmer. R.

Odvisnost parnega tlaka v mehurčku od njegove velikosti nalaga značilnosti pogoja toplotnega ali termodinamičnega ravnovesja majhnih mehurčkov. Para v mehurčku in tekočina na njegovi površini sta v ravnotežju, če ima površina tekočine temperaturo, ki je enaka temperaturi nasičenja pri parnem tlaku v mehurčku, t s( R P). Ta temperatura je višja od temperature nasičenja pri zunanjem tlaku v tekočini t s( R in). Zato mora biti tekočina okoli mehurčka za določeno količino pregreta, da bi dosegli toplotno ravnovesje t s( R P)- t s( R in).

Naslednja značilnost je, da se to ravnotežje izkaže za nestabilen. Če temperatura tekočine nekoliko preseže ravnotežno vrednost, bo nekaj tekočine izhlapelo v mehurčke in njen polmer se bo povečal. V tem primeru se bo po Laplaceovi enačbi parni tlak v mehurčku zmanjšal. To bo vodilo do novega odstopanja od ravnotežnega stanja. Mehurček bo začel rasti v nedogled. Tudi z rahlim znižanjem temperature tekočine se bo del pare kondenziral, velikost mehurčka se bo zmanjšala in parni tlak v njem se bo povečal. To bo povzročilo nadaljnje odstopanje od ravnotežnih pogojev, sedaj v drugo smer. Posledično se bo mehurček popolnoma zgostil in izginil.

Posledično v pregreti tekočini ne morejo rasti nobeni naključno oblikovani majhni mehurčki, ampak le tisti, katerih polmer presega vrednost, ki ustreza zgoraj obravnavanim pogojem nestabilnega mehanskega in toplotnega ravnovesja. to najmanjša vrednost

kjer je derivat fizikalna značilnost dane snovi, ga določa Clapeyron-Clausisova enačba

tj. izražena je z drugimi fizikalnimi konstantami: toploto faznega prehoda r, gostota hlapov ρ str in tekočine ρ w in absolutna temperatura nasičenja Ts.

Enačba (3-2) kaže, da če se parna jedra pojavijo na določenih točkah grelne površine, potem le tista od njih, katerih polmer ukrivljenosti presega vrednost Rmin. Ker z naraščanjem Δ t velikost Rmin zmanjša, pojasnjuje enačba (3-2).

eksperimentalno ugotovljeno dejstvo povečanja števila uparjevalnih centrov s povečanjem površinske temperature.

Z zmanjšanjem je povezano tudi povečanje števila uparjevalnih centrov z naraščajočim tlakom Rmin, saj z naraščanjem tlaka vrednost p-ji raste in σ zmanjša. Izračuni kažejo, da za vodo, ki vre pri atmosferskem tlaku, pri Δ t= 5°С Rmin= 6,7 µm in pri Δ t= 25°C Rmin= 1,3 µm.

Opazovanja s hitrim snemanjem kažejo, da pri fiksnem režimu vrelišča pogostost nastajanja parnih mehurčkov ni enaka tako na različnih točkah na površini kot v času. To daje procesu vrenja kompleksen statistični značaj. V skladu s tem so za stopnje rasti in velikosti ločevanja različnih mehurčkov značilna tudi naključna odstopanja okoli nekaterih povprečnih vrednosti.

Ko mehurček doseže določeno velikost, se odtrga od površine. Velikost na trganje določa predvsem interakcija gravitacije, površinske napetosti in vztrajnosti. Slednja vrednost je dinamična reakcija, ki se pojavi v tekočini zaradi hitrega povečevanja velikosti mehurčkov. Običajno ta sila preprečuje, da bi se mehurčki zlomili. Poleg tega je narava razvoja in ločevanja mehurčkov v veliki meri odvisna od tega, ali tekočina zmoči površino ali ne. Omočilnost tekočine označuje kontaktni kot θ, ki nastane med steno in prosto površino tekočine. Večji kot je θ, slabša je močnost tekočine. Splošno sprejeto je, da je za θ<90° (рис. 3.6, A), tekočina zmoči površino, pri θ >90° pa ne. Vrednost kontaktnega kota je odvisna od narave tekočine, materiala, stanja in čistoče površine. Če vrela tekočina zmoči grelno površino, imajo mehurčki pare tanko nogo in zlahka odstopijo od površine (slika 3.7, A). Če tekočina ne zmoči površine, imajo parni mehurčki široko nogo (slika 3.7, b) in odstopijo vzdolž prevlake ali pa pride do izhlapevanja po celotni površini.