Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Кипение

КИПЕНИЕ, переход жидкости в пар, образующий в ее объеме структурные элементы (паровые пузыри, пленки, струи); фазовый переход первого рода. На границе раздела пар жидкость фазовый переход при К. осуществляется путем испарения. Пузырьки растут вследствие испарения в них жидкости, всплывают, и содержащийся в них насыщ. пар переходит в паровую фазу над жидкостью. К. - одно из фундам. физ. явлений, используемое во мн. процессах хим. технологии. Особенность последних состоит в широком применении р-ров и смесей разл. в-в в качестве рабочих тел. Сложная термогидродинамика К. чистых жидкостей и р-ров оказывает существ. влияние на конструкции и габаритные размеры технол. аппаратов. Работа, затрачиваемая на увеличение объема и поверхностной энергии сферич. пузыря радиуса R, определяется по ф-ле: L0=-(4/3)pR3D
p+4pЛ2s, где Dp - разность давлений в пузыре и окружающей жидкости, Па; а коэф. поверхностного натяжения, Н/м. Миним. радиус возникающего парового пузыря (зародыша) Rмин=кипs/[rrпж-Tкип)], где rп - плотность пара, кг/м3; r - теплота парообразования, Дж/кг (Тж и Ткип пояснены ниже). Местами, в к-рых возникают зародыши паровой фазы, могут служить газообразные включения, твердые частицы, находящиеся в жидкости, микровпадины на пов-стях нагрева и др. Работа, необходимая для образования парового "пятна" на стенке и границы раздела пар - жидкость: L=L0(0,5+0,75cosQ-0,25cos3Q), где Q - краевой угол смачивания. При Q=180° работа L=0, т.е. на абс. смачиваемой пов-сти образуется сферический пузырь, как и в объеме жидкости. С понижением давления уменьшается плотность пара, возрастает миним. радиус образования зародышей, пов-сть нагрева обедняется центрами генерации паровых пузырей. Это приводит к нестабильному К., при к-ром происходит конвективное движение перегретой жидкости, сменяемое бурным вскипанием, инициированным одной или неск. микровпадинами подходящего радиуса. С понижением т-ры при вскипании жидкости эти микровпадины "выключаются", и снова повторяется цикл перегрева движущейся конвективно жидкости. Т-ра, при к-рой происходит К. жидкости, находящейся под постоянным давлением (напр., атмосферным), наз. т-рой К. (Ткип). В качестве Tкип принимают т-ру насыщ. пара (т-ру насыщения) над плоской пов-стью жидкости, кипящей при данном давлении. Т-ра К. при атм. давлении приводится обычно как одна из осн. физ.-хим. характеристик химически чистого в-ва. С возрастанием давления Ткип увеличивается (см. Клапейрона - Клаузиуса уравнение). Предельная Ткип - критич. т-ра в-ва (см. Критические явления). Понижение Ткип с уменьшением внеш. давления лежит в основе определения барометрич. давления. Различают объемное и поверхностное К. Объемное К.-образование паровых пузырей внутри массы жидкости, находящейся в перегретом, или метастабильном, состоянии при Тжкип, где Тж - т-ра перегретой жидкости. Такое К. реализуется в т. наз. аппаратах объемного вскипания, эффективных для обезвреживания и утилизации агрессивных жидкостей, в частности дистиллерных в содовом производстве. Поверхностное К.-парообразование на пов-сти нагрева, имеющей т-ру Тнкип. Такое К. возможно и в случае, когда т-ра осн. массы жидкости Тжкип, но в окрестности пов-сти нагрева образовался пограничный слой, перегретый до т-ры, превышающей Ткип. Осн. виды поверхностного К. - пузырьковое и пленочное. Пузырьковое К. возникает при умеренных тепловых потоках на микровпадинах пов-сти, смачиваемой жидкостью. Пар генерируется на действующих центрах парообразования в виде цепочек пузырей. Благодаря циркуляции жидкости, непосредственно контактирующей с пов-стью нагрева, обеспечивается высокая интенсивность теплоотдачи - в данном случае коэф. теплоотдачи a[Вт/(м2.К)] пропорционален плотности теплового потока q(Вт/м2) в степени ~0,7. Пленочное К. возникает на несмачиваемых пов-стях нагрева (напр., К. ртути в стеклянной трубке); на смачиваемых пов-стях пузырьковое К. переходит в пленочное (первый кризис К.) при достижении первой критич. плотности теплового потока qкр,1. Интенсивность теплоотдачи при пленочном К. значительно меньше, чем при пузырьковом, что обусловлено малыми значениями коэф. теплопроводности l[Вт/(м.К)] и плотности пара по сравнению с их значениями для жидкости. При ламинарном движении пара в пленке a~q-O,25, при турбулентном движении интенсивность теплоотдачи мало зависит от плотности теплового потока и размеров нагревателя. Повышение давления приводит к возрастанию а в обоих случаях. Разрушение пленочного К. и восстановление пузырькового (второй кризис К.) на смачиваемых пов-стях происходит при второй критич. плотности теплового потока qкр,2[qкр.1 (рис. 1). Кризисы К. определяются преим. гидродинамич. механизмом потери устойчивости структуры пристенного двухфазного пограничного слоя. Критерий гидродинамич. устойчивости К. имеет вид: http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/3/7483.jpeg , где Dr разность плотностей жидкости и пара. В первом приближении при К. в большом объеме насыщ. однородной маловязкой жидкости k=const (для воды, спирта и ряда др. сред k~0,14—0,16). В жидкости, осн. масса к-рой недогрета до т-ры К. на величину vкипж, параметр qкp~qкр,10(l+0,1 arп-0,75 К-1),
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/4/7484.jpeg
Рис. 1. Зависимость плотности теплового потока от разности т-р

DТ=Ти—Ткип при кипении в большом объеме свободно конвектирующей жидкости: 1 - пузырьковый режим; 2 - переходный режим, характеризуемый сменой пузырьковой структуры на пов-сти нагрева сплошным паровым слоем (пленкой), от к-рого отрываются крупные паровые пузыри; 3 - пленочный режим, при к-ром происходит также радиационная теплоотдача от пов-сти нагрева к жидкости через паровой слой; прямая линия характеризует третий кризис кипения. где qкр,10 - плотность теплового потока при v=0, rп - отношение плотностей пара и жидкости, К=r/Cpv - тепловой критерий фазового перехода, Ср - массовая теплоемкость жидкости, ДжДкг.К). При низких давлениях возможен третий кризис К. в форме непосредственного перехода от режима конвективного движения жидкости к развитому пленочному К. Этот переход имеет цепной кавитационный механизм и реализуется при разностях т-р на пов-сти нагрева и К., удовлетворяющих условию: http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/5/7485.jpeg где lж и rж - соотв. теплопроводность и плотность перегретой жидкости, g - ускорение своб. падения. Четвертый кризис К. связан с возникновением термодинамич. неустойчивости жидкой фазы при достижении нек-рой критич. пов-сти нагрева. Критич. плотности тепловых потоков при К. в каналах существенно зависят от их форм и размеров, скорости течения жидкости и паросодержания потока. Универсальные закономерности здесь пока не установлены. При своб. растекании жидкости по горячей пов-сти возникает т. наз. сфероидальное состояние - жидкость зависает над пов-стью нагрева под влиянием динамич. сопротивления образующегося пара (рис. 2). Время полного испарения данного начального объема жидкости определяется т-рой нагревателя.
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/6/7486.jpeg
Рис. 2. Формы испарения жидкости, свободно растекающейся по горячей пов-сти: а в капле, смачивающей не сильно нагретую пов-сть, происходит пузырьковое кипение; б т-ра стенки повысилась, и капля принимает сферич форму; в при увеличении т-ры пов-сти нагрева капля зависает в паровом слое; г - с возрастанием объема капля принимает форму плоского сфероида; д взвешенный в паровом слое большой сфероид, из к-poro пар эвакуируется через куполообразные пузыри.

В технол. процессах используются оба вида поверхностного К. Напр., пленочное К. реализуется при жидкостной закалке металлич. изделий. Проектирование теплообменных аппаратов с принудит, заданием теплового потока (с выделением джоулевой теплоты, теплоты р-ции спонтанного распада ядерного топлива, в парогенераторах и т.п.) проводится в расчете на пузырьковый режим К. теплоносителя. Возникновение пленочного К., напр. при сбросе давления, может вызвать аварийную ситуацию. Термогидродинамика К. р-ров и чистых жидкостей существенно различна. Так, для нек-рых р-ров и эмульсий критич. плотность теплового потока зависит от концентрации компонентов немонотонно, т.е. возможно существование экстремумов, причем максимум qкp, м. б. значительно больше, чем критич. значение теплового потока для каждого компонента в отдельности (рис. 3). При растворении в жидкости нелетучего в-ва снижается давление ее насыщ. пара и повышается Ткип. Это позволяет определять мол. м.
http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/7/7487.jpeg
Рис. 3. Зависимость qкр,1, от массовой концентрации спирта в воде при своб. конвекции в большом объеме и разных пов-стях нагрева: /, 3. 5 вертикальная пластина соотв. при давлениях 98,1100 и 3100 кПа; 2, 4, б проволока диаметром 0,5 мм при таких же давлениях.

растворенных в-в по вызываемому ими повышению Ткнп чистого р-рителя (см. Эиулиоскопия). Выпадение твердой фазы из р-ра на пов-сть нагрева приводит к снижению общего коэф. теплопередачи. В таких процессах температурный режим теплообменных аппаратов необходимо рассчитывать в соответствии с диаграммой состояния данного раствора. Режим К. существенно влияет на характер распространения акустич. волн в парожидкостной смеси. При этом волновые возмущения сопровождаются испарением и конденсацией на границах раздела фаз. Скорость звука в таких системах определяется соотношением между частотой волны и характерными временами процессов, обусловливающих фазовые переходы. Если частота настолько низка, что наложенное возмущение Dp вызывает изменение плотности Dr только за счет фазовых переходов, то скорость волны равна термодинамически равновесной скорости звука ае=http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/8/7488.jpeg, где R0 уд. газовая постоянная, Дж/(кг.К). Если частоты волн таковы, что фазовые переходы практически не успевают происходить, то звук распространяется со скоростью http://www.pora.ru/image/encyclopedia/4/8/9/7489.jpeg, где g - показатель адиабаты пара; j0 - объемное паросодержание смеси. Для реальных частот возмущений и состояний парожидкостной среды пузырьковой структуры скорость звука близка к значению aе, к-рое отличается от а0 примерно на два порядка. Так, для j0~0,1 величина ав=1 м/с при а0~100 м/с. Фазовые переходы влияют на динамику и структуру акустич. волн. Эти структуры обобщаются в виде спец. режимных карт Лит. Скрипов В.П.. Метастабильная жидкость, М, 1972; Кутателадзе СС. Основы теории теплообмена, 5 изд., М., 1979; Кутателадзе СС НакоряковВЕ.. Тепломассообмен и волны в газожидкосгных системах, Новосиб.. 1984. C C Кутателадзе


1. www.pravda.ru: Ирак на пороге новой войны?
02.08.2017
... в предстоящей игре. В складывающихся условиях и при существующих противоречиях все это не обещает ничего доброго. К сожалению, после "победы" в Мосуле обстановка в Ираке может вновь достичь точки кипения уже осенью этого года. ...
2. www.missus.ru: Русская кухня: Щи да каша - пища наша?
18.10.2013
... молочный соус: разбавьте муку двумя столовыми ложками воды, доведите молоко до кипения и аккуратно добавьте в него муку с водой. Размешайте и доведите смесь на медленном огне до состояния густой сметаны. ...
3. www.missus.ru: Сажаем веники для выметания злых духов
22.08.2013
... вкусности. Изысканное варенье получается из цветков. Крупными кистями мелких цветочков плотно заполните эмалированную кастрюлю и залейте сахарным сиропом (1 кг сахара на 2 литра воды), доведите до кипения и оставьте на 12 часов. И так несколько раз. Результат получается сказочным. Из ягод можно приготовить вино, начинку для пирогов. ...
4. www.missus.ru: Крыжовник - это северный виноград
19.07.2013
... ягодку четвертинку грецкого ореха. Затем положите в пустую емкость слой свежих вишневых листьев, затем аккуратно слой ягод, опять листья, снова ягоды…. Залейте сиропом, медленно доведите до кипения, кипятите 5 минут, быстро остудите и оставьте выстаиваться на 5-6 часов. И так еще 2-3 раза. После всех этих экзерсисов варенье будет действительно царское. Приятного аппетита! ...
5. www.missus.ru: Варикоз - главный враг красивых ног
26.04.2013
... следующих трав: по 1 ч. л. мать-и-мачехи, зверобоя, цикория, листьев манжетки, цветков ромашки и цветков лабазника. Травы перемешать и сложить в кастрюльку. Добавить полстакана кипятка и довести до кипения. Снять с огня, оставить на 15 минут, после чего добавить в отвар барсучий жир (его можно купить в аптеке) или любой растительный жир. Готовую мазь хранить в холодильнике. ...
6. www.missus.ru: Праздничный стол ко Дню святого Валентина
14.02.2013
... часть кружков апельсина, снова посыпьте сахаром, сверху положите оставшиеся кружочки апельсина, посыпьте сахаром и их. Полностью залейте апельсины водой и поставьте на средний огонь. Доведите до кипения, убавьте огонь до минимума и варите 1,5 часа. Затем выложите апельсин на противень и высушите в духовке в течение 15 минут. Остудите. Растопите шоколад в микроволновой печи или на водяной бане и ...
7. www.missus.ru: Готовим нут: в суп, на второе и на сладкое
06.01.2013
... с разведенной в ней 1 чайной ложкой соды. Делать это лучше вечером и оставить на всю ночь, отчаянные перфекционисты еще и несколько раз меняют воду. Когда горох набух, его можно варить: доводим до кипения и снимаем пену. Варить нут необходимо в течение 2-3 часов. Крупный горох разваривается быстрее мелкого, проверяют готовность нута так: горошины должны стать мягкими, но не превращаться в однородную ...
8. www.missus.ru: Шоколадная паста по-домашнему
19.12.2012
... постепенно влейте в сухую смесь молоко, помешивая так, чтобы не образовались комочки. Хорошо вымешайте и перелейте смесь в сотейник, поставьте на плиту. Постоянно помешивая, доведите смесь до кипения на медленном огне. Очень важно, чтобы смесь была однородной. Растолчите орехи — в блендере или вручную — и положите их в сотейник, туда же отправьте сливочное масло. Продолжаем ...
9. www.pravda.ru: К концу века в мире потеплеет на 4 градуса - ученые
19.11.2012
... считает Абдусаматов, будет достигнут к 2055 году, передают. Сторонники теории глобального потепления  на этот же год назначают критический момент повышения температуры - практически точку ...
10. www.medpulse.ru: Белый гриб - всем грибам полковник
13.09.2012
... грибы (со слегка позеленевшей мездрой) нарежьте кубиками. Такими же кубиками нарежьте картофель. Поместите их в холодную воду, доведите до кипения, посолите, добавьте пряности и варите до готовности картошки плюс ещё 10 минут — картошка должна немного развариться. Полученный результат в виде супа-пюре подаётся с кусочками сливочного ...
11. www.medpulse.ru: Культовый вид мяса – баранина
13.07.2012
... 2 чайные ложки масла и и тушите на умеренном огне до мягкости, около 3 минут. Добавьте вино и тушите, пока жидкость не уменьшится вдвое, приблизительно 2 минуты. Добавьте бульон и доведите до кипения. Снимите сковороду с огня. Добавьте горчичные зерна и дижонскую горчицу с тимьяном. Дополните соус солью и перцем. Нарежьте готовое мясо в котлеты и подавайте с ложкой соуса на ...
12. www.pravda.ru: Брачные игры европейских президентов
22.06.2012
... Он упорно не желает оформить даже развод с Герхильдой Гаук, которую бросил еще во времена падения Берлинской стены, не говоря уже о регистрации брака со своей нынешней сожительницей. Ни о каком кипении страстей тут речи не идет, ведь с журналисткой Даниэлой Шадт Гаук живет аж с 2000 года. Оба, мягко говоря, не юны. Даниэла, конечно, на добрых два десятка лет моложе своего возлюбленного, но ему-то ...
13. www.missus.ru: Соус - настоящий король стола
13.06.2012
... и покроется пеной, влейте в сотейник холодный мясной бульон и снова размешайте. Продолжая помешивать соус, тонкой струйкой вливайте в него холодные сливки. Добавьте соль, специи. Доведите до кипения. Практически сразу соус загустеет до нужной консистенции. Еще раз хорошо размешайте готовый Бешамель до однородного состояния. Маленький секрет: если вы не собираетесь использовать соус ...
14. www.missus.ru: Имбирь и мускат. Секреты "всемогущих" пряностей
28.05.2012
... сковороду на 30 минут на сильный огонь, влить масло и довести до кипения. Необходимо внимательно следить за нагревом; если масло очень горячее, то кусочки могут пригореть снаружи, а внутри остаться сырыми; если же масло недостаточно горячее, то панировочный состав ...
15. www.pravda.ru: Нужна ли христианину гражданская позиция?
02.03.2012
... дворе Великий пост и совершенно неуместное в эти покаянные для христиан дни кипение страстей. Политических, разумеется: через два дня состоятся выборы президента России. Нужна ли православному христианину гражданская позиция? Или следует полагаться на то, что "Бог все ...
1 2 3 >
Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео