沸騰傳熱

按液體所處的空間位置，沸騰可以分為：①池內沸騰。又稱大容器內沸騰。液體處於受熱面一側的較大空間中，依靠汽泡的擾動和自然對流而流動。如夾套加熱釜中液體的沸騰。②管內沸騰。液體以一定流速流經加熱管時所發生的沸騰現象。這時所生成的汽泡不能自由上浮，而是與液體混在一起，形成管內汽液兩相流。如蒸發器加熱管內溶液的沸騰。

沸騰傳熱與汽泡的產生和脫離密切相關。汽泡形成的條件是:①液體必須過熱;②要有汽化核心。這些條件是由汽泡與周圍液體的力平衡和熱平衡所決定的。根據表面張力，可算出汽泡內的蒸氣壓力pv為：

式中pe為周圍液體的壓力，忽略液柱靜壓時，即為飽和蒸氣壓ps；σ為汽液界面張力；R為汽泡半徑。由於pv>ps，汽泡內蒸氣的飽和溫度Tv必然大於與ps對應的飽和溫度Ts。汽泡周圍的液體若要汽化進入汽泡，則它的溫度Te必須大於或至少等於汽泡內蒸氣的飽和溫度，即Te≥Tv。從上式可知，當R=0時，pv將趨於無限大。因此在一個絕對光滑的平面上是不可能產生汽泡的，必須有汽化核心。加熱表面上的划痕或空穴中含有的氣體或蒸氣，都可作為汽化核心。緊貼這些核心的液體汽化后，形成汽泡並逐漸長大，然後脫離表面，接著又有新的汽泡形成。在汽泡形成與脫離表面時造成液體對壁面的強烈衝擊和擾動，所以對同一種液體來說，沸騰傳熱的傳熱分係數要比無相變時大得多。常壓下水沸騰時的傳熱分係數一般為1700～51000W/(m2·K)。

池內沸騰根據過熱度（加熱壁面溫度TW與液體飽和溫度Tm之差,ΔT=TW-Tm）的大小，分為泡核沸騰和膜狀沸騰（見圖）。當過熱度很小時，傳熱取決於單相液體的自然對流。當過熱度增大時，汽泡不斷在壁面上產生，並在液體中上升和長大，這對液體對流起著顯著作用，稱為泡核沸騰。此階段中傳熱分係數h，隨ΔT增大而明顯上升。當過熱度超過某臨界值時，汽泡大量產生，在壁面連結成汽膜，稱為膜狀沸騰。在此階段初期，汽膜不穩定，隨時破裂變成大汽泡，離開加熱面。隨過熱度的增大，汽膜漸趨穩定。由於汽膜的熱導率很低，使傳熱分係數下降。當過熱度很大時，輻射傳熱起了重要作用，使傳熱分係數重新上升。由於泡核沸騰具有傳熱分係數大和壁溫低的優點，故工業設備中的沸騰傳熱多在此狀況下進行。

影響沸騰傳熱過程的因素很多，包括液體和蒸氣的性質、加熱面的表面物理性質和粗糙程度，尤其重要的是液體對錶面的潤濕性以及操作壓力和溫度差。在泡核沸騰範圍內，溫度差越大，傳熱分係數也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤濕時，也能使傳熱分係數增大。據此，將細小金屬顆粒沉積於金屬板或管上，製成金屬多孔表面，可使沸騰傳熱分係數提高十幾倍至幾十倍。