– процесс парообразования в объеме перегретой жидкости (температура > температуры насыщения). Характеризуется образованием новых поверхностей раздела фаз.
1. Сведения о жидкостях.
Характерно сохранение объема, но принимает форму сосуда в котором она находится. Для жидкостей характерно сохранение ближнего порядка расположения молекул.
Френкель предложил такое строение жидкости: если рассмотреть объем жидкости, то молекула совершает колебательное движение около положения равновесия и перескакивает на другое место.
Продолжительность колебания для определенного вещества при определенной температуре – величины определенные с увеличением температуры длительность колебаний уменьшается и в пределе жидкость ведет себя как газ, снижается вязкость жидкости.
Поверхностное натяжение жидкости.
Рассмотрим некоторый объем жидкости имеющую свободную поверхность.
Т.о. поверхностный слой жидкости обладает дополнительной энергией, которая является основной составляющей внутренней энергии жидкости. Жидкость ведет себя как бы она была заключена в упругую оболочку. Система стремится занять положение соответствующее минимуму энергии.
Рассмотрим каплю жидкости в газе или паровой пузырь находящийся в жидкости.
Рассечем каплю жидкости и рассмотрим две полусферы
Средняя длина поверхности :
Для сферы
Для плоскости
Сфера
Плоскость
Формула Лапласа
- поправка Лапласа на избыточное давление.
Всё сказанное о силах поверхностного натяжения применительно жидкости справедливо и для твердых тел, поэтому при рассмотрении явлений на границе раздела фаз нельзя говорить о поверхностном натяжении какой-либо среды, надо рассматривать их во взаимодействии.
Граница раздела принимает форму соответствующего минимального суммарного раздела.
- схема сил действующих на линии раздела трех фаз.
2. Внутренние характеристики кипения.
Для роста пузырька пара давление внутри этого пузырька должно быть больше сил давления поверхностного натяжения и внешнего давления
кривая упругости пара над плоской поверхностью (1), над вогнутой поверхностью (2).
Рост пузырька происходит от конечного размера, радиуса, который характеризуется свойствами поверхности.
Возьмем воду при
3. Минимальная работа образования пузырей критического размера.
Первое слагаемое – работа расширения, второе – работа создание новой межфазной поверхности.
V – объем пузырька,
F – площадь поверхности пузырька,
Отсюда следует:
С увеличением перегрева
Отрывной диаметр парового пузыря.
Отрывной диаметр
выражение под корнем представляет собой капиллярную постоянную Лапласа. Эта величина часто используется в качестве характерного размера в безразмерных уравнениях описывающих свойства безфазных потоков.
Форма пузыря зависит от соотношения между силами вязкости и инерции. В случае преобладания сил вязкости пузырь имеет сферическую форму. При больших скоростях роста паровых пузырей, а это может происходить при пониженных давлениях преобладают силы инерции.
4. Скорость роста парового пузырька.
r – теплота парообразования. Рассмотрим баланс теплоты. Через межфазную поверхность через время
Принебрегая кривизной поверхности раздела фаз воспользуемся решением для плоской поверхности.
Проинтегрировав данное выражение получим: