沸腾传热

热量从壁面传给液体使液体沸腾汽化的对流传热过程

沸腾传热是指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、再沸器和蒸汽锅炉，都是通过沸腾传热来产生蒸汽的。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，依靠气泡的扰动和自然对流而流动。（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。这时所生成的气泡不能自由上浮，而是与液体混在一起，形成管内气液两相流。如蒸发器加热管内溶液的沸腾。

机理

沸腾传热与气泡的产生和脱离密切相关。气泡形成的条件是:①液体必须过热;②要有气化核心。这些条件是由气泡与周围液体的力平衡和热平衡所决定的。根据表面张力，可算出气泡内的蒸气压强

式中为周围液体的压强，忽略液柱静压时，即为饱和蒸气压；为液体表面张力系数；为气泡半径。由于，气泡内蒸气的饱和温度必然大于与对应的饱和温度。气泡周围的液体若要气化进入气泡，则它的温度必须大于或至少等于气泡内蒸气的饱和温度，即。而从上述公式可知，当时，将趋于无穷。因此在一个绝对光滑的平面上是不可能产生气泡的，必须有气化核心。加热表面上的划痕或空穴中含有的气体或蒸气，都可作为气化核心。紧贴这些核心的液体气化后，形成气泡并逐渐长大，然后脱离表面，接着又有新的气泡形成。在气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1700～51000。

沸腾曲线

池内沸腾根据过热度（加热壁面温度与液体饱和温度之差,）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，气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，气泡大量产生，在壁面连结成气膜，称为膜状沸腾。在此阶段初期，气膜不稳定，随时破裂变成大气泡，离开加热面。随过热度的增大，气膜渐趋稳定。由于气膜的热导率很低，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。

影响因素

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。

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