فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 19 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
جوشش
تبخیر در فصل مشترک جامد-مایع راجوشش گویند. این فرایند وقتی روی می‌دهد که دمای Ts سطح، از دمای اشباع Tsat، متناظر با فشار مایع، بیشتر شود. گرما ازسطح جامد به مایع منتقل می‌شود، قانون سرمایش نیوتن به صورت زیر است:
Boiling water
که این اختلاف دما یعنی را دمای مازاد می‌گویند. فرایند با تشکیل حباب‌های بخار، که رشد می‌کنند وپشت سر هم از سطح جدا می‌شوند، مشخص می‌شود. رشد و تحرک حباب‌های بخار، به شکل پیچیده‌ای به دمای مازاد، ماهیت سطح، و خواص ترمودینامیکی از قبیل کشش سطحی، بستگی دارد. همچنین تشکیل حباب‌های بخار بر حرکت سیال نزدیک سطح، و لذا بر ضریب انتقال حرارت، به شدت با تاثیر می‌گذارد.
انواع جوشش
جوشش استخری
در این حالت، مایع ساکن است و حرکت آن در نزدیک سطح بر اثر جابجایی آزاد و آشفتگی ناشی از رشد و جدایی حباب از سطح میباشد.
جوشش با جابجایی واداشته
در این حالت، حرکت سیال توسط عوامل خارجی و همچنین بر اثر جابجایی آزاد و آشفتگی حبابی به وجود می‌آید.
جوشش را می‌توان به دو صورت فرو سرد و اشباع دسته بندی کرد:
در جوشش فرو سرد دمای مایع کم تر از دمای اشباع است و حباب‌های تشکیل شده در سطح، ممکن است چگالیده شوند. ولی در جوشش اشباع، دمای مایع کمی بیشتر از دمای اشباع است. لذا حباب‌های تشکیل شده در سطح توسط نیروهای شناوری پیشرانده و سرانجام از سطح آزاد فرار می‌کنند.
منحنی جوشش:
نوکیاما اولین کسی بود که نواحی مختلف جوشش استخری را با استفاده از وسیله گرمایش بررسی کرد وبا اندازه‌گیری شدت جریان (I)، وافت ولتاژ (E)، شار گرمایی که به سیم نیکل – کرم که مورد آزمایش نوکیاما قرار گرفت، محاسبه می‌شد.
نوکیاما مشاهده کرد که جوشش، که با تشکیل حباب‌ها مشخص می‌شود، تا 5=Ts-Tsat درجه سانتیگراد شروع نمی‌شد. با افزایش قدرت، شار گرما شدیدا افزایش می‌یافت تا اینکه، برای مقدار کمی بیشتر از qmax، دمای سیستم به طور ناگهانی به نقطهٔ ذوب جهش می‌کرد و سیم گسیخته می‌شد. نوکیاما توانست با تغییر جنس سیم به پلاتین، به شارهای گرمایی بیشتر از qmax بدون گسیخته شدن سیم ایجاد کند.
شیوه‌های جوشش استخری
با بررسی شیوه‌های مختلف جوشش استخری می‌توان به مکانیزم‌های فیزیکی حاکم بر جوشش پی برد. طبق قانون سرمایش نیوتن، به ضریب جابجایی (h) و همچنین به دمای مازاد بستگی دارد. شیوه‌های جوشش استخری عبارتند از:
جوشش با جابجایی آزاد
اگر دمای مازاد کوچکتر مساوی ۵درجه سانتیگراد باشد، جوشش با جابجایی آزاد است. در این حالت، بخاری که با فاز مایع تماس دارد، به اندازه‌ای نیست که بتواند جوشش در دمای اشباع ایجاد کند. با افزایش دمای مازاد، تشکیل حباب شروع می‌شود، اما در زیر نقطهٔ شروع جوشش هسته‌ای، حرکت سیال اصولا از اثر جابجایی آزاد ناشی می‌شود.
جوشش هسته‌ای
جوشش هسته‌ای در دمای مازاد بین گسترهٔ ۵ تا ۳۰ درجه سانتیگراد صورت می‌گیرد. در این گستره، دو جریان مختلف را می‌توان تشخیص داد. بین ۵ تا ۱۰ حباب‌های مجزا در مواضع هسته زایی به وجود می‌آیند و از سطح جدا می‌شوند. این جدایی باعث می‌شود که سیال نزدیک سطح شدیدا آمیخته و h و افزایش یابند. در جوشش استخری، بیشتر تبادل گرما مستقیما از سطح به مایع، که روی حرکت می‌کند، روی می‌دهد، نه توسط حباب‌های بخار از سطح به طرف بالا حرکت می‌کنند. وقتی دمای مازاد از ۱۰ درجه سانتیگراد بیشتر می‌شود، مواضع هسته زایی بیشتری فعال می‌شوند و تشکیل حباب‌های بیشتر باعث تداخل و به هم پیوستن حباب‌ها می‌شود. در گسترهٔ ۱۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد حباب‌های بخار به صورت جت یا ستون از سطح جدا شده و سرانجام به هم می‌پیوندند و بخار بی شکلی را تشکیل می‌دهند. و نهایتا در دمای ۳۰ درجه سانتیگراد شار گرمایی بحرانییعنی رخ می‌دهد. مقدار گرمای هسته‌ای را از رابطه زیر می‌توان بدست آورد
مقدار شار گرمایی ماکزیمم را می‌توان از رابطه زیر بدست آورد
ضریب برای سطوح افقی برابر ۰٫۱۴۹ و برای استوانه با طول زیاد برابر ۰٫۱۲ میباشد.
جوشش انتقالی (گذار(
ناحیه‌ای که در گسترهٔ دمایی مازاد بین ۳۰ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد باشد را جوشش انتقالی، جوشش با فیلم ناپایدار، یا جوشش با فیلم جزیی می‌گویند. تشکیل حباب در اینجا به اندازه‌ای سریع است که لایه ایی از بخار روی سطح تشکیل می‌شود. در هر نقطه روی سطح، شرایط بین جوشش فیلمی و جوشش هسته‌ای نوسان می‌کند، اما کسری از سطح کل که با لایه بخار پوشیده می‌شود با افزایش دمای مازاد، افزایش می‌یابد. چون رسانندگی گرمایی بخار خیلی کمتر از رسانندگی گرمایی مایع است، h و با افزایش دمای مازاد کاهش می‌یابد. جوشش انتقالی در عمل کمتر اتفاق می‌افتد زیرا آن را فقط با کنترل دمای سطح می‌توان به دست‌آورد اگرچه نظریهٔ مناسبی برای این جوشش داده نشده است، ولی می‌توان گفت بین سطح مایع و سطح گرم یک تماس متناوب و ناپایدار برقرار است. البته، حد بالایی این جوشش مورد توجه است زیرا در ان لایه پایدار بخار تشکیل می شودو شار گرما مینیمم است. اگر شار گرما کمتر از این مقدار مینیمم شود، لایه بخار از بین می‌رود و سطح سرد می‌شود و دوباره جوشش هسته‌ای برقرار می‌شود. برای یک صفحهٔ افقی بزرگ داریم: مقدار شار گرمایی مینمم,
جوشش فیلمی استخری
جوشش فیلمی برای دمایی مازاد بالای درجه سانتیگراد وجود دارد. و نقطه ایی که شار گرمایی مینیمم دارد رانقطه لیدن فراست، می‌گویند. یکی از روابطی که برای جوشش فیلمی روی استوانه یا کره‌ای به قطر به کار می‌رود به شکل زیر است:
گرمای نهان تصحیح شده میباشد و مقدرا آن به عدد پرانتل بخار بستگی ضعیفی دارد.
خواص بخار در دمای فیلم و چگالی مایع در دمای اشباع ارزیابی می‌شود. در دماهای زیاد سطح انتقال گرمای تشعشعی در عرض لایه بخار قابل توجه است. در این حالت فرایندهای تشعشعی و جابجایی جمع پذیرند و معادله زیر برای محاسبه ضریب کلی انتقال گرما ارائه می‌شود:
اگر ، از رابطه ساده زیر می‌توان استفاده کرد:
ضریب تشعشع مؤثر به صورت زیر است:
که در آن گسیل مندی سطح جامد و ثابت استفان بولتزمن است.
تاثیر سایر پارامترها بر جوشش استخری
۱-میدان گرانشی:تاثیر میدان گرانشی در جوشش در کاربردهای فضایی وماشین الات چرخان باید در نظر گرفت. وگرانش نزدیک ONB می‌تواند بر جابه جایی ناشی از حرکت حباب‌ها تاثیر بگذارد.
۲-فروسرد کردن مایع:اگر دمای مایع در جوشش استخری کمتر از دمای اشباع باشد گفته می‌شود مایع فرو سرد است. در جوشش هسته‌ای تاثیر فروسرمایش ناچیز است ولی شارهای گرمای ماکزیمم ومینیمم بر حسب به طور خطی افزایش می‌یابند. برای جوشش فیلمی شار گرما با افزایش به شدت افزایش می‌یابد.
۳- زبری سطح:در حالت جوشش هسته‌ای به مقدار زیاد شار گرما افزایش می‌یابد. ولی پس از جوشش طولانی تاثیر زبری از بین می‌رود.
سطوح خاصی که برای تقویت جوشش هسته‌ای در بازار موجود است. ۱-سطوح با روکش بسیار متخلخل که با تف جوشی، زرد جوشکاری، شعله پاشی، رسوب الکترولیتی، یا کف سازی تشکیل می‌شوند.
۲-حفره‌هایی که به طور مکانیکی ایجاد می‌شوند و دارای تو رفتگی دوتایی اند و به طور دائم بخار را گیر می‌اندازند.
مثال
المنت گرم کن با روکش فلزی به قطر و با گسیل مندی به طور افقی در حمام آب غوطه ور است. دمای سطح فلز در جوشش پایا است. قدرت مصرفی را برای طول واحد گرم کن تخمین بزنید.
برای آب اشباع
برای بخار اشباع
دمای مازاد عبارتست از:
طبق منحنی جوشش، جوشش از نوع فیلمی است. آهنگ انتقال گرما برای طول واحد سطح استوانه‌ای به قطر می‌شود:
ضریب انتقال گرما می‌شود:
برای ضریب جابجایی:
برای ضریب انتقال گرمای تشعشعی:
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 19 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله انتقال حرارت از طریق میعان
