膜態沸騰

film boiling 又可稱球騰蒸發。是指在加熱壁面上生成一層連續的蒸汽膜覆蓋壁面產生蒸汽的現象,該現象可在普通鍋爐的蒸發管、核電廠蒸汽發生器傳熱管、反應堆堆芯冷卻劑通道中見到。

定義

定義1

在外部加熱的主管中,水在泵的壓力下自下往上流動時,先因強制對流而受熱,與管壁接觸的水在某一高度形成一些汽泡而局部沸騰,汽泡的進一步聚結會擴展成連續的蒸汽流,形成膜態沸騰。

定義2

蒸發管內隨著汽、水兩相流中含汽率的增大,附壁水膜逐漸減薄,當水膜被撕破且汽流核心夾帶的散狀水滴幾乎又不回落到管壁時,管壁便被一層過熱蒸汽覆蓋,導致管壁對工質放熱係數急劇下降,壁溫急劇上升的管內傳熱模式。

定義3

汽水密度相等時的壓力稱為臨界壓力Pc,其對應的臨界常數為:

Pc=22.1MPatc=374.15℃Vc=0.00317m3/kg

hc=2106.06kj/kgSc=4.4432kj/kg

水在臨界壓力22.1MPa加熱到374.15℃時即被全部汽化,水變成蒸汽不需要汽化潛熱,即水沒有蒸發現象就變成蒸汽,該溫度稱為臨界溫度,或稱之為相變點溫度(超臨界壓力24.5--27.5MPa時的相變點溫度為380--410℃)。在相變點溫度附近存在著一個最大比熱區,在該區內工質物性發生突變:緊靠管壁的工質密度有可能比流動在管中心的工質密度小得多,即在流動截面中存在著工質的不均勻性。當受熱面熱負荷高到某一數值時,在緊貼壁面的地方可能造成傳熱惡化,這一現象稱之為類膜態沸騰現象。

危害

當管壁壁面和流體之間生成蒸汽膜時,蒸汽膜的絕緣性使熱量交換變得很差,以致壁面會達到很高的溫度,而有燒毀的危險。

鍋爐的膜態沸騰

水冷壁在受熱時,靠近管內壁處的工質首先開始蒸發產生大量小氣泡,正常情況下這些氣泡應及時被帶走,位於水冷壁管中心的水不斷補充過來冷卻管壁。但若管外受熱很強,管內壁產生氣泡的速度遠大於氣泡被帶走的速度,氣泡就會在管內壁聚集起來形成所謂的“蒸汽墊”,使管壁得不到及時冷卻。

膜態沸騰的避免方法

鍋爐相變點區域通常設計在熱負荷相對較低的地方,或提高工質的質量流速。

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