[拼音]:feiteng chuanre
[外文]:boiling heat transfer
热量从壁面传给液体,使液体沸腾汽化的对流传热过程。化工生产中常用的蒸发器、再沸器和蒸气锅炉,都是通过沸腾传热来产生蒸气的。
类型按液体所处的空间位置,沸腾可以分为:
(1)池内沸腾。又称大容器内沸腾。液体处于受热面一侧的较大空间中,依靠汽泡的扰动和自然对流而流动。如夹套加热釜中液体的沸腾。
(2)管内沸腾。液体以一定流速流经加热管时所发生的沸腾现象。这时所生成的汽泡不能自由上浮,而是与液体混在一起,形成管内汽液两相流。如蒸发器加热管内溶液的沸腾。
机理沸腾传热与汽泡的产生和脱离密切相关。汽泡形成的条件是:
(1)液体必须过热;
(2)要有汽化核心。这些条件是由汽泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。根据表面张力,可算出汽泡内的蒸气压力pv为:
式中pe为周围液体的压力,忽略液柱静压时,即为饱和蒸气压ps;σ为汽液界面张力;R为汽泡半径。由于pv>ps,汽泡内蒸气的饱和温度Tv必然大于与ps对应的饱和温度Ts。汽泡周围的液体若要汽化进入汽泡,则它的温度Te必须大于或至少等于汽泡内蒸气的饱和温度,即Te≥Tv。从上式可知,当R=0时,pv将趋于无限大。因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生汽泡的,必须有汽化核心。加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气,都可作为汽化核心。紧贴这些核心的液体汽化后,形成汽泡并逐渐长大,然后脱离表面,接着又有新的汽泡形成。在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动,所以对同一种液体来说,沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700~51000W/(m2·K)。
池内沸腾根据过热度(加热壁面温度TW与液体饱和温度Tm之差,ΔT=TW-Tm)的大小,分为泡核沸腾和膜状沸腾(见图)。当过热度很小时,传热取决于单相液体的自然对流。当过热度增大时,汽泡不断在壁面上产生,并在液体中上升和长大,这对液体对流起着显著作用,称为泡核沸腾。此阶段中传热分系数h,随ΔT增大而明显上升。当过热度超过某临界值时,汽泡大量产生,在壁面连结成汽膜,称为膜状沸腾。在此阶段初期,汽膜不稳定,随时破裂变成大汽泡,离开加热面。随过热度的增大,汽膜渐趋稳定。由于汽膜的热导率很低,使传热分系数下降。当过热度很大时,辐射传热起了重要作用,使传热分系数重新上升。由于泡核沸腾具有传热分系数大和壁温低的优点,故工业设备中的沸腾传热多在此状况下进行。
![](http://www.baiven.com/uploads/baiken/80081ttrs_tmp972830_2485.webp)
影响沸腾传热过程的因素很多,包括液体和蒸气的性质、加热面的表面物理性质和粗糙程度,尤其重要的是液体对表面的润湿性以及操作压力和温度差。在泡核沸腾范围内,温度差越大,传热分系数也越大。加热壁面粗糙和能被液体润湿时,也能使传热分系数增大。据此,将细小金属颗粒沉积于金属板或管上,制成金属多孔表面,可使沸腾传热分系数提高十几倍至几十倍。