ині, можна бачити, що спочатку бульбашки пари зриваються з окремих точок всередині рідини, переважно з дна і стінок, потім вони так швидко зростають, що захоплюють весь обсяг. При більш уважному спостереженні процес виявляється ще більш складним. Але важливо відзначити одне: процес випаровування по суті залишився колишнім, тільки відбулося значне збільшення поверхні розділу рідина - пара. У зв'язку з цим зросла загальна кількість пари, що виділяється з того ж об'єму рідини. Цим і пояснюється зміна зовнішньої картини явища. Великі потоки виділяється пара викликають активне бурління рідини. Залишається з'ясувати, яким чином при кипінні збільшується поверхня розділу рідина - пара. Виявляється, в рідині до нагріву завжди присутні мікропухирці пара і розчинених газів. Вони настільки малі, що невидимі простим оком. При нагріванні тиск пари в цих бульбашках зростає, розміри їх збільшуються і вони спрямовуються до поверхні. Сукупність поверхонь цих бульбашок і являє собою додаткову поверхню розділу рідина - пара, відповідальну за настільки інтенсивне пароутворення, що спостерігається при кипінні.
Малюнок 1.2 - Характер випаровування в зоні нагріву теплової труби в залежності від величини подводимого теплового потоку а - поверхневе випаровування, б - бульбашкове кипіння, в-плівкове кипіння, q а lt; q б lt; q в- підводиться тепловий потік
Процес кипіння рідини починається при цілком певної для даного тиску температурі, яка називається температурою кипіння.
В системі рідина - пара, що знаходиться в стані кипіння, рідина знаходиться при кілька більш високій температурі, ніж насичений пар над нею. Таким чином, на поверхні розділу між киплячою рідиною і парою завжди існує певна різниця температур, величина якої залежить від тиску і виду рідини. Ця різниця температур або, як зазвичай говорять, температурний напір, для води, наприклад, становить при атмосферному тиску 0,6 град і плавно убуває до нуля при підвищенні тиску до критичного (225 кгс/см 2).
Наявність температурного напору обумовлює в продовження всього процесу кипіння рух тепла, або тепловий потік, від поверхні нагрівання до поверхні розділу.
В залежності від інтенсивності пароутворення розрізняють два режими кипіння: бульбашковий і плівковий (малюнок 1.2). При бульбашкової кипінні спочатку з'являються маленькі бульбашки, які, збільшуючись у розмірах за рахунок пари, що утворюється з рідини, спрямовуються до поверхні розділу, де і приєднуються до пару, що знаходиться над нею. Кожен окремий пухирець утворюється на поверхні нагрівання. На його появу впливають насамперед поверхневий натяг рідини і змочуваність поверхні труби.
Під поверхневим натягом слід розуміти силу, що прагне скоротити вільну поверхню рідини і спрямовану стосовно до неї. Ця сила зменшується з підвищенням температури рідини, що видно з наступної формули:
де - питома вага рідини, - питома вага насиченої пари, - коефіцієнт пропорційності.
Змочуваність характеризує ступінь хімічного спорідненості матеріалу поверхні і рідини, яка оцінюється так званим зовнішнім або контактним кутом дотику між змоченою поверхнею і вільною поверхнею рідини. Іноді кут називають крайовим кутом.
На малюнку 1.3 зображені приблизно однакові бульбашки, утворені на поверхнях при різних значеннях кутів.
Малюнок 1.3 - Змочуваність поверхні і контактний кут дотику
На малюнку 1.3 (а) контактний кут між рідиною і поверхнею складає менш 90о ( lt; 90 °), тобто рідина ніби прагне відірвати пухирець від поверхні, поверхня слабо змочується рідиною. Така поверхня іноді називається леофільной по відношенню до даної рідини.
На малюнку 1.3 (б) рідина утворює з твердою поверхнею кут 90 ° (= 90 °), в цьому випадку рідина веде себе як би нейтрально по відношенню до поверхні, нарешті, на малюнку 1.3 (в) кут між поверхнею рідини і поверхнею твердого тіла більше 90 ° ( gt; 90 °). Бульбашка прагне як би розпластатися на поверхні, яка називається леофобной по відношенню до даної рідини.
Контактний кут пов'язаний з поверхневим натягом співвідношенням
де - сила тертя прикладена до периметру змочування і перешкоджає «распластиваніе» бульбашки, кгс/м, індекси «Ж», «Г» і «Т» відносяться відповідно до рідкої, газоподібної і твердої фаз.
Зразкові значення для хромованої сталі і деяких рідин:
Рідина, градВода50Нефть26Ртуть137
Розмір бульбашки в момент відриву від поверхні нагрівання можна оцінити по співвідношенню
т.е. цей розмір залежить від результуючої сил гравітації і поверхневого натягу і від змочування рідиною поверхні.
Бульбашка недовго сидить на поверхні нагрівання. Експериментально встановлено, що для води цей час становить 0,023 - 0,025 секунд. Швидкіст...
