Кипіння - процес пароутворення в обсязі перегрітої рідини (температура> температури насичення). Характеризується утворенням нових поверхонь розділу фаз.
1. Відомості про рідинах.
       Характерно збереження обсягу, але набуває форми посудини в якому вона знаходиться. Для рідин характерно збереження ближнього порядку розташування молекул.
       Френкель запропонував така будова рідини: якщо розглянути обсяг рідини, то молекула здійснює коливальний рух біля положення рівноваги і перескакує на інше місце.
       
       Тривалість коливання для певного речовини при певній температурі - величини певні зі збільшенням температури тривалість коливань зменшується і в межі рідина веде себе як газ, знижується в'язкість рідини.
       
       Поверхневий натяг рідини.
       Розглянемо деякий об'єм рідини має вільну поверхню.
       
       Т.ч. поверхневий шар рідини має додаткової енергією, яка є основною складовою внутрішньої енергії рідини. Рідина веде себе як би вона була укладена в пружну оболонку. Система прагне зайняти відповідне положення мінімуму енергії.
       Розглянемо краплю рідини в газі або парової міхур знаходиться в рідині.
       Розсічений краплю рідини і розглянемо два півсфери
       
       
       
       Середня довжина поверхні:
       Для сфери тому
       Для площині
       Сфера
       Площина
       Формула Лапласа
    - Поправка Лапласа на надлишковий тиск.
    Все сказане про сили поверхневого натягу стосовно рідини справедливо і для твердих тіл, тому при розгляді явищ на межі розділу фаз не можна говорити про поверхневому натягу якої-небудь середовища, треба розглядати їх у взаємодії.
    Межа розділу приймає форму відповідного мінімального сумарного розділу.
    
- Схема сил діючих на лінії розділу трьох фаз.


- Крайовий кут змочування, визначається як кут відлічуваний всередині рідини і освічений дотичними.
 повне змочування
 рідина абсолютно не змочує поверхню,.

    2. Внутрішні характеристики кипіння.

    Для зростання бульбашки пара тиск усередині цього бульбашки повинно бути більше сил тиску поверхневого натягу і зовнішнього тиску


крива пружності пари над плоскою поверхнею (1), над увігнутою поверхнею (2).
 рівняння Клапейрона-Клазіуса.
питомі обсяги
ентропії.
 ;
 ;
 ;
 число зародків пара.

    Зростання бульбашки походить від кінцевого розміру, радіуса, який характеризується властивостями поверхні.
    Візьмемо воду при і визначимо критичні радіуси бульбашки при різних перегріву.
    




    3. Мінімальна робота освіти бульбашок критичного розміру.
 робота витрачається на освіту пара.
    Перше доданок - робота розширення, другий - робота створення нової міжфазної поверхні.
     надлишковий тиск.
     тому що
    V - об'єм бульбашки,
    F - площа поверхні бульбашки,. Підставимо на поч. у-е і отримаємо:


З цього виходить:

    Зі збільшенням перегріву робота освіти бульбашки зменшується. На твердій поверхні сили зчеплення між молекулами рідини і твердого тіла менше ніж між молекулами рідини. Імовірність освіти бульбашки на поверхні більше ніж у рідині.
    
Відривний діаметр парового міхура.

Відривний діаметр відповідає середньостатистичному обсягом міхура в момент відриву. Його значення визначається за формулою:


вираз під коренем є капілярну постійну Лапласа. Ця величина часто використовується в якості характерного розміру в безрозмірних рівняннях що описують властивості безфазних потоків.
    Форма міхура залежить від співвідношення між силами в'язкості та інерції. У разі переважання сил в'язкості міхур має сферичну форму. При великих швидкостях зростання парових бульбашок, а це може відбуватися при знижених тисках переважають сили інерції.
    
    4. Швидкість росту парового бульбашки.
    5.
    r - теплота пароутворення. Розглянемо баланс теплоти. Через міжфазну поверхню через час передається кількість теплоти. За цей же період розмір міхура збільшується на dV.

;
;
 Розглянемо щільність теплового потоку на кордоні міжфазної поверхні. Запропонували Фріц і Енді.

    Прінебрегая кривизною поверхні розділу фаз скористаємося рішенням для плоскій поверхні.
     висловимо dR

Проінтегрувати даний вираз отримаємо:
далі маємо:

Ja - число Якоба, характеризує співвідношення між теплотою перегріву і теплотою пароутворення.

Частота відриву бульбашок.

    т. З - відрив бульбашки.
    ТАК - зростання температури стінки до утворення нового бульбашки.
     час від початку утворення бульбашки до його відриву. час очікування.
    Частота відриву бульбашок:
  
 де
, W''-середня за цикл швидкість росту міхура. Для води W''= 0,48 м/с

Кількість діючих центрів паротворення.

 Зі зростанням температури стінки все більше число нерівностей, шорсткостей стає центрами паротворення.
При

Інтенсивність теплообміну при паротворенні.

    Кипіння - процес пароутворення в обсязі перегрітої рідини (температура> температури насичення).
    Кипіння класифікують за такими ознаками:
    1) бульбашкової і плівкове;
    2) за видом конвекції в поверхні теплообміну. При вільної та вимушеної конвекції;
    3) по відношенню до температури насичення. Без недогріву і кипіння з недогріву;
    4) За орієнтації поверхні кипіння в просторі. На горизонтальних похилих і вертикальних поверхнях;
    5) За характером кипіння. Потужна й нерозвинене, нестійке кипіння.
    Нерозвинене - число центрів паротворення невелика.
    Нестійкий - кипіння випадковим чином змінюється конвекцією.
    Найбільш часто зустрічається - кипіння у великій V на горизонтальній поверхні.
    Характерний розмір парової фази
    
    Утворюються парові бульбашки, які збільшуються, досягають відривних діаметрів і відриваються. У процесі спливання зростання бульбашок триває.
    
    Кипіння при недогріву - бульбашки ростуть біля основи, відриваються і схлопиваются.
    У першому випадку бульбашки відірвалися, спливають і ростуть у V. Теплообмін при кипінні характеризується коефіцієнтом тепловіддачі, а це дозволяє відводити високі щільності теплових потоків при низьких. Кипіння може бути в трубах, на трубах, в порах, щілинах.
    Способи підведення тепла теплообмінної поверхні:
    - Граничні умови першого роду;
    - Граничні умови другого роду (q = const);
    Г.у. першого роду (t = const) можна забезпечити або за рахунок фазового переходу, або за рахунок
    
    Крива кипіння.
    
    Це залежність від.
    Представляє найбільш реальний процес кипіння.
    
    В області 1 - конвективний теплообмін.
    В області В - щільність досягає такої величини, що починають активізуватися перші центри паротворення. Значна частка теплоти відводиться конвекцією.
    Область 1:
    ламінарний режим;
    турбулентний режим.
    Зона 2а - кількість центрів паротворення невелике і значна частина тепла відводиться конвекцією.
    Зона 2б - розвинене бульбашкової кипіння.
    
    У Т.С пухирців пари настільки багато і частота відриву їх настільки велика, що окремі бульбашки пара починають зливатися в окремі парові плівки.
    Т.С - точка кризи теплообміну, q - досягає свого максимуму.
    
    Д - плівкове кипіння.
    Область 2б
    Область 4 - режим плівкового кипіння.
    
    Коефіцієнт тепловіддачі при кипінні у великому обсязі.
    
    

 - Обсяг міхура,
 - Щільність пара, F - частота відриву,
 - Кількість центрів паротворення.


 - Капілярна постійна Лапласа.
 

- Формула Кутателадзе.


 формула Лабунцова




  
для води при P
 






 - Чим менше відношення, тим більше робота міхура. Відкладення на поверхні збільшують шорсткість. Самі відкладення мають низьке. Сам шар створює додаткове термічний опір.

Кризи тепловіддачі.

    Називається процес пов'язаний з корінним зміною механізму і інтенсивності теплообміну.
    Будемо повільно збільшувати щільність теплового потоку.
    Зі зростанням щільності теплового потоку в нас збільшується, а отже зростає коефіцієнт паротворення.
    Збільшення частоти відриву приводить до того, що бульбашки наздоганяють одне одного і зливаються в стовпчики пара.
    Збільшення центрів паротворення призводить до злиття парових бульбашок окремих ЦПО - рухаються стовпчики пара.
    Динамічний тиск пари оцінюється як. Сили, які стабілізують систему оцінюються величиною
    капілярна постійна.
    У момент кризи відношення цих величин є величина постійна.




У підсумку так як у нас то отримуємо

k - критерій стійкості, характеризує міру відносини енергії динамічного напору пара до енергії необхідної для прискорення частинок рідини k = 0,13 ... 0,16.





   Друга криза.
    Руйнування парової плівки при постійному q призводить до перехідного режиму. Величина залежить від роду рідини, тиску та фізичних і геометричних властивостей поверхні.
    Із зростанням частка конвективного теплообміну зменшується, а частка променевого теплообміну зростає.
    
Вплив швидкості руху рідини на тепловіддачу при кипінні.

    На перегрітий шар крім обурюються діями бульбашок також впливає турбулентні пульсації двофазного потоку. Рухомі рідина впливає на теплообмін.
    
    1 - постійна не залежно від W, вона визначається кипінням.
    2 - спільне вплив швидкості та щільності теплового потоку.
     при
    
    3 - від швидкості залежить в ступені 0,8
    . Коефіцієнт тепловіддачі буде визначатися тільки конвекцією та кипіння можна не враховувати.
    
    Криза при русі в двофазних потоків.
    
    Причиною виникнення кризи є порушення контакту рідини з твердою поверхнею. Підвищення температури в момент кризи може становити від 1 ... 100 градусів Цельсія. Криза т/о об'єднує ряд процесів, які призводять до погіршення
і підвищення температури стінки.
   А) криза при перебігу недогретой рідини, поверхневе кипіння.
    Різке підвищення температури стінки, стінка може зруйнуватися.
   Б) слабо догрета до температури кипіння.
    Бульбашкової кипіння. Криза виникає внаслідок порушення стійкості структури двох фазного граничного шару.
   В) криза в дисперсно кільцевому потоці. Рідина рухається у вигляді пленочки.
   Г) криза при дисперсному потоці. Краплі мчать з парою і випадають на поверхню зрошуючи її. Криза настає при недостатньому зрошенні поверхні краплями рідини.
    
    Теплообмін при кипінні усередині труб.
    
    Двофазний потік називається адіабатні якщо відсутній тепловий потік між стінкою і потоком. Якщо фази рідкі і парова мають однакову температуру, то потік називається термодинамічно рівноважним.
    Розглянемо параметри двофазного потоку, видаткові і справжні.
    Розглянемо перетин труби.
    


Х - масове видатковою паровміст.
 - Об'ємне видатковою паровміст.



 - Приведена швидкість пара.
 - Дійсна швидкість пара.


- Істинне паровміст.


відносна балансова ентальпія.