Теплообмен при пленочном кипении.

При пленочном режиме кипящая жидкость отделена от поверхности нагрева паровой пленкой, причем температура поверхности t_C значительно превышает температуру насыщения t_S. Поэтому наряду с конвективным теплообменом между поверхностью и паровой пленкой при высоких температурах заметная часть в переносе теплоты принадлежит тепловому излучению.
Интенсивность конвективного теплообмена при пленочном кипении определяется термическим сопротивлением паровой пленки. Характер движения пара в пленке и ее толщина зависят от размеров и формы поверхности нагрева и ее расположения в поле тяжести, а также от условий движения жидкости. Так, при пленочном кипении на поверхности горизонтальных труб в условиях свободного движения (в большом объеме) пар движется вдоль периметра трубы к верхней образующей и по мере накопления периодически удаляется в форме отрывающихся пузырей. Паровая пленка имеет толщину, измеряемую долями миллиметра, а движение пара в ней носит ламинарный характер. Расчет теплоотдачи при пленочном кипении на горизонтальных трубах в большом объеме следует проводить по формуле

где r* = r + 0, 5 С_р (t_C— t_S) — эффективная теплота фазового перехода, учитывающая перегрев пара в пленке; D — диаметр трубы.
Физические свойства в этой формуле (за исключением плотности жидкости r') относятся к паровой фазе. Их следует выбирать по средней температуре пара: t_СР = 0, 5 (t_С + t_S). При пленочном кипении на поверхности вертикальных труб и пластин течение пара в пленке обычно имеет турбулентный (вихревой) характер. Поверхность пленки испытывает волновые колебания, толщина пленки растет в направлении движения пара. В целом процесс оказывается во многом аналогичным свободной конвекции однофазной жидкости около вертикальных поверхностей. В данном случае подъемная сила, определяющая движение пара в пленке, определяется разностью плотностей жидкости и пара g× (r'—r"). Расчет теплоотдачи в этом случае может проводиться по формуле

Физические свойства пара в этой формуле следует выбирать по средней температуре пара. При пленочном кипении жидкости на поверхности горизонтальной плиты значительных размеров поверхность паровой плен-ки испытывает интенсивные волновые колебания, в результате которых в различных ее точках периодически образуются всплывающие вверх паровые пузырьки. Прекращение пленочного кипения наступает при уменьшении температуры поверхности ниже определенного значения. В эти моменты жидкость начинает касаться (смачивать) теплоотдающей поверхности. Прекращение пленочного кипения происходит тогда, когда температура поверхности нагрева t_С оказывается равной или обычно несколько более низкой, чем температура предельного перегрева жидкости t_П. (Температуру поверхности t_С, при которой прекращается пленочное кипение, иногда в литерату-ре называют температурой сфероидального состояния, или точкой Лейденфроста). Последняя определяет тот максимальный перегрев жидкости, выше которого жидкая фаза оказывается термодинамически абсолютно неустойчивой; она самопроизвольно распадается и испаряется. При пленочном кипении жидкость отделена от обогреваемой поверхности паровым слоем. Теплота к поверхности раздела фаз поступает через малотеплопроводный слой пара. Влияние давления и физических свойств на теплоотдачу сохраняется существенным, как и при пузырьковом кипении. Через паровую пленку кроме теплоты за счет конвекции и теплопроводности может проходить теплота и за счет лучистого теплообмена. Поэтому на коэффициент теплоотдачи влияют еще коэффициенты излучения поверхности теплообмена, поверхности жидкости, а также излучающие свойства самого пара. Доля лучистого переноса теплоты резко увеличивается по мере увеличения перегрева жидкости. Обе формы переноса теплоты — конвективным теплообменом и излучением — оказывают взаимное влияние друг на друга. Оно проявляется в том, что пар, образующийся благодаря излучению, приводит к утолщению паровой пленки и соответствующему уменьшению интенсивности переноса теплоты за счет конвекции и теплопроводности. При пленочном кипении насыщенной жидкости тепловой поток, отводимый от поверхности нагрева, расходуется не только на испарение слоев жидкости, расположенных на границе паровой пленки. Часть отводимой теплоты идет также на перегрев пара в пленке, так как средняя температура паровой пленки выше температуры насыщения.
При пленочном кипении недогретой жидкости теплота, которая проходит через паровую пленку с поверхности кипения, частично передается в объем жидкости путем конвекции. Оба фактора влияют на теплоотдачу благоприятно.