ь підйому бульбашки у воді близько 0,25 м/с, а пауза між відривом попереднього пухирця й появою наступного триває близько 1/40 с.
Як вже зазначалося, відірвавшись, бульбашка збільшується в об'ємі, так як отримує тепло від рідини, причому в набагато більшій кількості, ніж при своєму виникненні від поверхні нагрівання. Це пояснюється тим, що рідини від цієї поверхні передається в кілька разів більше тепла, ніж газу або пару.
При русі бульбашок вгору вони захоплюють знаходяться над ними стовпчики рідини, піднімаючи більш гарячу рідину.
Таким чином, кількість тепла, переданого від поверхні нагріву до поверхні розділу фаз, пов'язано з кількістю бульбашок в обсязі киплячої рідини.
При плівковому кипінні (малюнок 2 (в)) безпосередньо над поверхнею нагріву розташовується парова плівка, що утворилася в якийсь момент з «розпласталися» бульбашок. Тепловий потік через шар пара до рідини обмежений поганий теплопередачею від поверхні нагріву до пару.
Теплопередача при плівковому кипінні здійснюється шляхом теплопровідності, конвекції і випромінювання через плівку пара. Крім того, кількість бульбашок, що піднімаються вгору, значно менше, ніж при бульбашкової кипінні. Отже, теплообмін в шарі рідини при плівковому кипінні гірше.
Як правило, перехід до плівкового кипіння відбувається досить різко, але так само швидко зменшується і коефіцієнт тепловіддачі, а температура нагріває поверхнюості швидко збільшується. Найбільш небажаним з розглянутої нами точки зору є те, що на утворилася при плівковому кипінні парової прошарку відбувається значне падіння температури. Прошарок пара, подібно подушці, прагне не допустити контакту рідини з розігрітою поверхнею. Таким чином, якщо плівкове кипіння відбуватиметься в тепловій трубі, то вже за рахунок одного цього ефекту не вдасться забезпечити на ній малих температурних перепадів. Іншими словами, коефіцієнт теплопередачі виявляється істотно меншим за величиною, ніж при бульбашкової кипінні.
Від чого ж залежить режим кипіння?
Насамперед - від різниці температур між нагрітою поверхнею і рідиною.
На малюнку 1.4 наведена приблизна залежність коефіцієнта тепловіддачі від перепаду температур для води.
Малюнок 1.4 - Залежність коефіцієнта тепловіддачі від перепаду температур для води
В області а перепад температури і щільність теплового потоку малі. Відбувається звичайне поверхневе випаровування рідини. Бульбашок практично не утворюється. Значення коефіцієнта визначається в основному законами вільної конвекції (перемішування) некіпящей рідини.
В області б коефіцієнт залежить від інтенсивності перемішування рідини, яке відбувається за рахунок руху бульбашок і різко зростає при збільшенні. Це бульбашкове кипіння, критичні значення при якому досягають максимальних значень і складають для органічних рідин від 5 до 50 ° С.
В області в відбувається плівкове кипіння. У міру утворення суцільної плівки на поверхні нагрівання значення коефіцієнта падають. Кількість бульбашок, що беруть участь в перемішуванні рідини, зі збільшенням скорочується.
Таким чином, підвищення понад критичних значень призводить до різкого скорочення інтенсивності теплообміну. Значення визначається підводиться кількістю тепла, яке також має якусь граничну критичну величину.
Наприклад, для води критична щільність теплового потоку складає 102 Вт/см2 при 100 ° С, у той час як для рідкого літію ця величина досягає вже 505 Вт/см2 при температурі 1482 ° С.
Слід зауважити, що критичні значення і при поверненні від плівкового кипіння до бульбашкового істотно менше тих, які відповідають переходу від бульбашкового до плівкового. Виявляється, що необхідно набагато більше зниження величини, щоб знову відновити бульбашковий режим кипіння, тобто між цими двома значеннями критичних потоків можливе існування обох режимів кипіння на одній і тій же поверхні.
Ранньому виникненню плівкового кипіння сприяє погана змочуваність поверхні нагрівання рідиною. Якщо рідина взагалі не змочує поверхню, спостерігається стійке плівкове кипіння практично при будь-яких кількостях подводимого тепла. Все сказане, вище про кипінні, очевидно, відноситься не тільки до води, на яку легше посилатися в прикладах через наочності, але також і до будь рідин. Зокрема, в теплових трубах, призначених для роботи в області високих температур, в якості робочої рідини часто використовують розплавлені метали.
Однак істотним недоліком рідких металів є погана змочуваність обтічної твердій поверхні. Тому в теплових трубах вживаються спеціальні заходи, відсувають момент початку плівкового кипіння в область більш високих теплових потоків.
Один з таких заходів - створення системи вузьких каналів або шорсткостей на внутрішній поверхні теплової труби, покритої рідиною (малюнок 1.5). Це призводить до більш рівномірному росту бульбашок і, таким чином, стримує стрибкопод...
