沸騰傳熱

沸騰傳熱與氣泡的產生和脱離密切相關。氣泡形成的條件是:①液體必須過熱;②要有氣化核心。這些條件是由氣泡與周圍液體的力平衡和熱平衡所決定的。根據表面張力，可算出氣泡內的蒸氣壓強

式中

為周圍液體的壓強，忽略液柱靜壓時，即為飽和蒸氣壓

；

為液體表面張力系數；

為氣泡半徑。由於

，氣泡內蒸氣的飽和温度

必然大於與

對應的飽和温度

。氣泡周圍的液體若要氣化進入氣泡，則它的温度

必須大於或至少等於氣泡內蒸氣的飽和温度，即

。而從上述公式可知，當

時，

將趨於無窮。因此在一個絕對光滑的平面上是不可能產生氣泡的，必須有氣化核心。加熱表面上的劃痕或空穴中含有的氣體或蒸氣，都可作為氣化核心。緊貼這些核心的液體氣化後，形成氣泡並逐漸長大，然後脱離表面，接着又有新的氣泡形成。在氣泡形成與脱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説，沸騰傳熱的傳熱分系數要比無相變時大得多。常壓下水沸騰時的傳熱分系數一般為1700～51000

。

池內沸騰根據過熱度（加熱壁面温度

與液體飽和温度

之差,

）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，氣泡不斷在壁面上產生，並在液體中上升和長大,這對液體對流起着顯著作用,稱為泡核沸騰。此階段中傳熱分系數h，隨ΔT增大而明顯上升。當過熱度超過某臨界值時，氣泡大量產生，在壁面連結成氣膜，稱為膜狀沸騰。在此階段初期，氣膜不穩定，隨時破裂變成大氣泡，離開加熱面。隨過熱度的增大，氣膜漸趨穩定。由於氣膜的熱導率很低，使傳熱分系數下降。當過熱度很大時，輻射傳熱起了重要作用，使傳熱分系數重新上升。由於泡核沸騰具有傳熱分系數大和壁温低的優點，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温度差。在泡核沸騰範圍內，温度差越大，傳熱分系數也越大。加熱壁面粗糙和能被液體潤濕時，也能使傳熱分系數增大。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，可使沸騰傳熱分系數提高十幾倍至幾十倍。