膜态沸腾

更新时间:2022-08-25 11:37

film boiling 又可称球腾蒸发。是指在加热壁面上生成一层连续的蒸汽膜覆盖壁面产生蒸汽的现象,该现象可在普通锅炉的蒸发管、核电厂蒸汽发生器传热管、反应堆堆芯冷却剂通道中见到。

定义

定义1

在外部加热的主管中,水在泵的压力下自下往上流动时,先因强制对流而受热,与管壁接触的水在某一高度形成一些汽泡而局部沸腾,汽泡的进一步聚结会扩展成连续的蒸汽流,形成膜态沸腾。

定义2

蒸发管内随着汽、水两相流中含汽率的增大,附壁水膜逐渐减薄,当水膜被撕破且汽流核心夹带的散状水滴几乎又不回落到管壁时,管壁便被一层过热蒸汽覆盖,导致管壁对工质放热系数急剧下降,壁温急剧上升的管内传热模式。

定义3

汽水密度相等时的压力称为临界压力Pc,其对应的临界常数为:

Pc=22.1MPatc=374.15℃Vc=0.00317m3/kg

hc=2106.06kj/kgSc=4.4432kj/kg

水在临界压力22.1MPa加热到374.15℃时即被全部汽化,水变成蒸汽不需要汽化潜热,即水没有蒸发现象就变成蒸汽,该温度称为临界温度,或称之为相变点温度(超临界压力24.5--27.5MPa时的相变点温度为380--410℃)。在相变点温度附近存在着一个最大比热区,在该区内工质物性发生突变:紧靠管壁的工质密度有可能比流动在管中心的工质密度小得多,即在流动截面中存在着工质的不均匀性。当受热面热负荷高到某一数值时,在紧贴壁面的地方可能造成传热恶化,这一现象称之为类膜态沸腾现象。

危害

当管壁壁面和流体之间生成蒸汽膜时,蒸汽膜的绝缘性使热量交换变得很差,以致壁面会达到很高的温度,而有烧毁的危险。

锅炉的膜态沸腾

水冷壁在受热时,靠近管内壁处的工质首先开始蒸发产生大量小气泡,正常情况下这些气泡应及时被带走,位于水冷壁管中心的水不断补充过来冷却管壁。但若管外受热很强,管内壁产生气泡的速度远大于气泡被带走的速度,气泡就会在管内壁聚集起来形成所谓的“蒸汽垫”,使管壁得不到及时冷却。

膜态沸腾的避免方法

锅炉相变点区域通常设计在热负荷相对较低的地方,或提高工质的质量流速。

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