[科普中国]-流动沸腾

流动沸腾是指流体在流动过程中被加热，流体的流动可以是自然循环，也可以是靠泵驱动的强迫循环。

图表示的是一垂直放置的均匀加热通道，欠热液体从底部进入管内向上流动，图中示出了所遇到的流型和相应的传热分区，在图的左侧给出了壁面温度和流体温度沿高度的变化情况。

此时，在热流密度较低情况下，流道内会相继出现下列传热工况：

（1）单相液体强迫对流换热（A区）：流体刚进入通道的时候，是单相对流区，此区内液体被加热温度升高，流体温度低于饱和温度，壁温也低于产生气泡所必需的温度。

（2）泡核沸腾。泡核沸腾又可分成两种情况。

a）欠热泡核沸腾（B区）：此时液体的主流温度还没有达到饱和温度，但壁面已经超过饱和温度，在壁面上产生了气泡。气泡脱离壁面后进入主流区，与欠热水相遇后冷凝，所以气泡主要存在于壁面附近。

b）饱和泡核沸腾（C、D区）：发生在液体主流温度已经达到饱和温度的情况下，主流中存在分立的气泡。其中C和D区的流型是不相同的，但它们的传热分区是相同的。

在泡核沸腾工况下，壁面上的气泡不断产生又不断脱离，对边界层产生很大的扰动，对传热有明显的改善作用。

（3）通过液膜的强迫对流蒸发（E、F区）。这时两相流中的含汽率已经相当大，两相流呈环状流动结构，即液体薄层沿壁面流动，形成一个环状液膜，中间是汽芯。热量传到液膜与汽芯的交界面，液体的蒸发将热量带走。

（4）缺液区的传热（G区）。液体呈滴状混在蒸汽中一起流动。由于此时液膜已经烧干，加热表面与蒸汽相接触，与液膜烧干前相比，传热系数大幅度降低，壁温突然升高。但因为液滴对传热有增强作用，所以传热系数仍然高于下一阶段单向蒸汽时的传热。液膜烧干时的工况，即强迫对流蒸发到缺液区传热的转折点，也是F区和G区的分界点，称为烧干点。一般把环状流动时的液膜中断或烧干称为沸腾临界（CHF），有时将这种沸腾临界称为烧干沸腾临界。从烧干点开始到全部变成单相汽的区段称为缺液区。在烧干点，壁面温度跳跃性地升高。

（5）单相蒸汽的对流换热（H区）：该区的特征是，流体是单相过热蒸汽，传热系数降低，壁温将进一步升高。

与池式沸腾不同的是，这种流动沸腾工况的沸腾临界是液体被烧干，而不是生成的气泡来不及扩散到主流中去。在流动沸腾中，也有类似于池式沸腾那样的沸腾临界问题，当热流密度较高时，也会出现类似问题。当加热壁面的热流密度提高时，壁面生成的气泡数量增多，当热流增加到一定程度时，产生的气泡来不及向主流扩散，在离开壁之前就连成一片，形成一个汽膜，汽膜覆盖了传热表面，形成很大热阻，造成传热恶化，壁面温度急剧上升。传热表面被汽膜覆盖时的沸腾工况称为膜态沸腾，由泡核沸腾转变成膜态沸腾的现象称为偏离泡核沸腾点，也称为DNB沸腾临界。图2-13是两种沸腾临界示意图。1

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宋培峰 - 高级工程师 - 环境保护部核与辐射安全中心