什么是沸腾换热?

[拼音]：feiteng huanre

[外文]：boiling heat transfer

液体在加热面上沸腾时的换热过程，是具有相变特点的两相流换热。当加热面温度TW超过液体的饱和温度TS并达到一定数值时，液体即在加热面的某些点上形成汽泡。这些点称为汽化核心，通常出现在加热表面的小凹坑上。汽泡形成后不断长大、脱离、上浮。汽泡在形成长大过程中吸收大量汽化潜热，汽泡的脱离和上升运动又产生剧烈扰动，所以沸腾换热比单相流体的对流换热强烈得多。汽泡脱离加热表面后，如果液体尚未达到饱和温度，则汽泡对液体放热后会凝结消失，这时称为过冷沸腾；如果液体已达到饱和温度，则汽泡将继续吸热长大，直至逸出液面，这时称为饱和沸腾。对于这两种沸腾，汽化核心都有重要作用，所以又称核状沸腾。

随着通过加热面的热流密度q的增加，汽化核心增多，汽泡生成的频率也不断加快，直至加热面上生成的汽泡因为来不及脱离而连成汽膜，即过渡到膜状沸腾。这层汽膜将液体与加热面隔开，热量只能靠辐射和汽膜的传导由加热面传入，因此传热系数大为降低，壁面温度急剧上升，甚至会导致最终烧毁。开始形成膜状沸腾时的热流密度称为临界热流密度。在工程实践中，热流密度应严格控制在临界值以下。汽泡的形成和沸腾状态的过渡，与液体的物性、纯度、状态参数以及加热表面的性质和重力加速度等因素有关。图为池水的沸腾曲线。

沸腾换热常见于锅炉、 蒸发器、 蒸馏塔等设备中。由于其换热系数大，也常用于一些需要强冷却和强化传热的场合，如火箭发动机及其尾喷管、核反应堆堆芯、连续浇铸、金属淬火和热管技术等。在实际应用中，沸腾通常是在流动状态下进行的，其影响因素更为复杂。