[科普中国]-池沸腾

特点

产生的气泡能自由浮升，穿过液体自由面进入容器空间。

分类池沸腾主要分为两类有饱和沸腾和过冷沸腾。

1、饱和沸腾

液体主体温度达到饱和温度 ，壁面温度 高于饱和温度所发生的沸腾称为饱和沸腾。其特点是随着壁面过热度的增高，出现 4 个换热规律全然不同的区域。

2、过冷沸腾

指液体主体温度低于相应压力下饱和温度，壁面温度大于该饱和温度所发生的沸腾换热。1

池沸腾曲线表征了大容器饱和沸腾的全部过程，共包括4个换热规律不同的阶段：自然对流、核态沸腾、过渡沸腾和稳定膜态沸腾。

横坐标为壁面过热度（对数坐标）；纵坐标为热流密度（算术密度）。

从曲线变化规律可知：随壁面过热度的增大，区段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个曲线分成四个特定的换热过程，其特性如下：

1 、单相自然对流段（液面汽化段）

壁面过热度小时（图中 ℃）沸腾尚未开始，换热服从单相自然对流规律。

2 、核态沸腾（饱和沸腾）

随着 的上升，在加热面的一些特定点上开始出现汽化核心，并随之形成汽泡，该特定点称为起始沸点。随着 的增大， q 增大，当 增大到一定值时， q 增加到最大值 ，汽泡扰动剧烈，汽化核心对换热起决定作用，则称该段为核态沸腾（泡状沸腾）。

3、过渡沸腾

从峰值点进一步提高 ，热流密度 q 减小；当增大到一定值时，热流密度减小到最小，这一阶段称为过渡沸腾。该区段的特点是属于不稳定过程。

4、稳定膜态沸腾

从热流密度最小开始，随着 的上升，气泡生长速度与跃离速度趋于平衡。此时，在加热面上形成稳定的蒸汽膜层，产生的蒸汽有规律地脱离膜层，致使上升时，热流密度 q 上升，此阶段称为稳定膜态沸腾。2

影响因素影响池沸腾的因素主要是不凝结气体、过冷度、液位高度、重力加速度、表面的结构

1、不凝结气体

与膜状凝结不同，溶解于液体中的不凝结气体会使沸腾换热得到某种强化。这是因为，随着工作液体温度的升高，不凝结气体会从液体中逸出，使壁面附近的微小凹坑得以活化，成为汽泡的胚芽，从而使沸腾曲线向着减小的方向移动，即在相同的下产生更高的热流密度，强化了换热。

但对处于稳定运行下的沸腾换热设备来说，除非不断地向工作液体注入不凝结气体，否则它们一经逸出，也就起不到强化作用了。

2、过冷度

如果在大容器沸腾中流体主要部分的温度低于相应压力下的饱和温度，则这种沸腾称为过冷沸腾。对于大容器沸腾，除了在核态沸腾起始点附近区域外，过冷度对沸腾换热的强度并无影响。在核态沸腾起始段，过冷会使该区域的换热有所增强。

3、液位高度

在大容器沸腾中，当传热表面上的液位足够高时，沸腾换热表面传热系数与液位高度无关但当液位降低到一定值时，沸腾换热的表面传热系数会明显地随液位的降低而升一高。这一特定的液位值称为临界液位。

4、重力加速度

随着航空航天技术的发展，超重力及微重力情况下的传热规律的研究近几十年中得到很大的发展。关于重力场对拂腾换热的影响，

现有的研究成果表明，在很大的变化范围内重力加速度几乎对核态沸腾的换热规律没有影响。但重力加速度对液体自然对流则有显著的影响(自然对流随加速度的增加而强化)。

5、表面结构

沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑。2