Влияние давления на локальные характеристики и эволюцию сухих пятен при пузырьковом кипении жидкостей

Получены принципиально новые результаты по влиянию приведенного давления на эволюцию сухих пятен и взаимосвязь микрохарактеристик и интенсивности теплообмена при пузырьковом кипении жидкости на гладких и шероховатых поверхностях. Полученные результаты важны для развития основ теплообмена при кипении и разработки новых подходов к интенсификации теплообмена при кипении жидкости при различных давлениях.  В результате выполнения комплексных экспериментальных исследований с использованием современных синхронизированных высокоскоростных методов, включая ИК-съёмку и видеосъёмку, получены новые результаты по эволюции паровых пузырей и динамике «сухих пятен» под растущими пузырями и паровыми конгломератами, плотности центров и частоте парообразования, интегральному теплообмену при пузырьковом кипении жидкости в условиях низких приведённых давлений на гладких и шероховатых поверхностях.

Впервые изучена эволюция сухих пятен при кипении воды при субатмо-сферных давлениях на гладких и шероховатых поверхностях. Анализ полученных данных показал, что для всех типов поверхностей, исследованных тепловых потоков и давлений скорость роста сухих пятен постоянна во времени, при этом скорость сухих пятен имеет немонотонную зависимость от давления с выраженным минимумом в области приведенных давлений (1–2)×10⁻³ в зависимости от теплового потока.

Применение уникального комплекса одновременно используемых экспериментальных методик позволило установить взаимосвязь параметров эволюции пузырей, скорости роста и частоты отрыва, отрывных диаметров паровых пузырей и интенсивности теплообмена при различных давлениях. Показано, что уменьшение интенсивности теплообмена при кипении воды при субатмосферных давлениях связано с уменьшением плотности центров парообразования и уменьшением частоты отрыва паровых пузырей. При этом наибольшее влияние оказывает значительное снижение частоты отрыва паровых пузырей вследствие увеличения перегрева жидкости, необходимого для активации центра парообразования при низких давлениях. 

Зависимости плотности центров парообразования (a), частоты отрыва пузырей (б) и интенсивности теплообмена (в) при пузырьковом кипении воды от давления при заданных тепловых потоках.

Полученные результаты и выявленные закономерности, безусловно, будут востребованы при создании новых физических моделей описания характеристик кипения жидкости, включая эволюцию сухих пятен, теплообмена и кризисных явлений при различных приведенных давлениях на поверхностях с различной морфологией, а также при разработке методов управления процессами пузырькового кипения при субатмосферных давлениях.

ИТ СО РАН, зав. лаб., чл.-корр. РАН Павленко А.Н. , с.н.с., к.ф.-м.н. Суртаев А.С. , инж.-иссл. Сердюков В.С.,  инж.-иссл., магистрант НГУ Малахов И.П. , тел. 8(383)328-43-87.