Анализ полученных экспериментальных данных

Минимальный размер парового пузырька в момент зарождения называемся критическим радиусом а_к. Критический радиус определяется из условий термодинамического равновесия фаз[1]. Для возникновения парового пузырька и существования его в дальнейшем необходимо, чтобы сила давления пара внутри него была не меньше суммы всех внешних сил, действующих на паровой пузырек.

Рисунок 2.12 Момент образования пузырька

В момент образования пузырька на него действуют две основные силы: сила давления р окружающей его жидкости и сила поверхностного натяжения на поверхности пузырька . Условие равновесия сил для парового пузырька сферической формы определяется уравнением Лапласа[1]:

(1.1)

Из серии опытов было выявлено отличия процесса кипения компонента А от компонента Б. Отличие заключается в том что молекулярное движение в объёме жидкости в компоненте А волновое, а в компоненте Б вихревое. Как только концентрация этиленгликоля в растворе уменьшалась, так стало преобладать волновое молекулярное движение. В процессе обработки данных было выявлено интересное явление содержание внутри пузырька инертного газа в форме сердца.(рис.2.13)

Рисунок 2.13 Рост парового пузырька

Анализ литературных и экспериментальных данных показывает, что в момент закипания во многих реальных системах присутствуют газовые молекулы, наличие которых помимо таких свойств системы, как смачиваемость, шероховатость и теплофизические свойства поверхности нагрева, существенно может влиять на характеристики закипания. Многие авторы работ[3] называют этот газ, содержащийся в пузырьке идеальным. Идентичное явление наблюдается в обоих компонентах.

Образование пузырька с критическим радиусом возможно лишь в том случае, если окружающая пузырек жидкость будет перегрета, т.е. если ее температура Т_ж будет превышать температуру насыщения Т_н (при давлении в жидкости р) на некоторую величину . Температура пара в пузырьке с критическим радиусом должна равняться температуре окружающих слоев жидкости Т_ж. [1]:

(1.2)

где -теплота парообразования, - плотность пара.

Зависимости (1.1) и (1.2) позволяют выразить критический радиус пузырька:

(1.3)

Соотношение (1.3) определяет критический радиус сферического пузырька, находящегося внутри (в объеме) перегретой жидкости вдали от поверхности нагрева.

Слои жидкости, которые непосредственно соприкасаются с поверхностью нагрева, имеют температуру Т_ж, равную температуре стенки Т_с. Поэтому если в формуле (1.3) положить Т_с = Т_ж , то:

(1.4)

Работа, затрачиваемая на образование пузырька в объёме жидкости[2], выражается зависимостью:

где V и F - объем и поверхность пузырька. Величина есть работа образования межфазной поверхности F [2].

В процессе обработки литературных и экспериментальных данных было выявлено, что в момент отрыва пузырек обычно существенно деформирован.

.

Рисунок 2.14 Отрыв парового пузырька

Автор работы теоретически рассчитал объемы пузырьков перед отрывом в статических условиях для разных значений краевых углов. Он понимал под отрывным диаметром d₀ эквивалентный диаметр , где V₀ - объем деформированного пузырька перед отрывом, его формула имеет вид:

(1.5)

(краевой угол измеряется в угловых градусах).

Как следует из (1.5), величина отрывного диаметра при кипении зависит от краевого угла смачивания . С увеличением краевого угла смачиваемость поверхности жидкости ухудшается, паровой пузырек при отрыве имеет большие размеры.

Скорость всплывания паровых пузырей в объеме перегретой или недогретой жидкости является одной из физических характеристик механизма теплообмена при кипении жидкостей, а также при непосредственном контакте теплоносителей пар-жидкость в аппаратах различного назначения[3]. Существенной особенностью рассматриваемого процесса служит факт изменения размера парового пузыря за счет тепло- и массообмена с окружающей его жидкостью. Процесс всплывания паровых пузырей в этих условиях характеризуется некоторой взаимозависимостью размера пузыря и скорости его всплывания, что обусловливает изменение значений действующей системы сил и определенную нестационарность процесса.

Список литературы

1.Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.,Энергия,1975.

2.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статическая физика. М.,Наука, 1964.

3.Fritz W/ - Phys.Z.,36,379,1935.