مبانی جریان دوفازی (بخش دوم)

۵ ماه قبل ۱۵۳ ۰

تشکیل بخار

بخار می‌تواند در هر سه حالت پایدار، شبه پایدار و ناپایدار تشکیل گردد. تشکیل بخار در سطح مشترک مسطح زمانی اتفاق می‌افتد که دمای مایع کمی بیشتر از دمای اشباع شود. کلمه تبخیر در واقع به معنای تشکیل بخار از یک سطح پیوسته مایع، نظیر سطح مشترک بین فیلم مایع و ناحیه بخار در جریان حلقوی، تبخیر و چگالش در سطح مشترک مسطح به واسطه عدم موازنه جریان مولکولی عبوری از سطح از طریق فازهای مایع و بخار می‌باشد.

شرایط تشکیل هسته بخار (درجه سوپرهیت مایع برای تشکیل هسته بخار)

رابطه (1-13)، بیانگر تعادل مکانیکی برای یک حباب کروی شکل به شعاع r در یک مایع با فشار و دمای ثابت می‌باشد. که در آن Pg، فشار بخار و Pf، فشار اشباع مایع متناظر با دمای اشباع می‌باشد. تامسون ثابت کرد که فشار بخار درون کره از فشار بخار روی یک سطح مسطح بیشتر است که از طریق رابطه (1-14) این دو فشاربه هم مرتبط می‌شوند:

جریان دوفازی

برای محاسبه درجه سوپر هیت مایع (Tg – Tsat) متناظر با اختلاف فشار (p – pf) می‌توان از قانون کلازیوس و کلاپیرون و قانون گاز کامل به صورت زیر استفاده کرد:

جریان دوفازی

 

جریان دوفازی

هسته زایی

به طور کلی دو نوع هسته‌زایی وجود دارد، هسته‌زایی همگن و هسته‌زایی غیرهمگن. به فرآیند تشکیل بخار در مایع شبه تعادل هسته‌زایی همگن می‌گویند. در حقیقت هسته‌زایی همگن به فرآیند تشکیل بخار در حالت شبه تعادلی مایع با نوسانات حرارتی و در کنار هم قرارگرفتن دسته‌های مولکولی دارای انرژی بخار برای تشکیل یک هسته متعادل بخار اطلاق می‌گردد. هر چه درجه سوپرهیت زیاد شود، اندازه هسته حباب کوچکتر می‌شود (r کوچکتر). به عبارت دیگر به واسطه کاهش در فشار سیستم (Pf) در طول خط 'BB ، اندازه حباب کوچکتر می‌شود. در نزدیکی 'B ، اندازه هسته نزدیک به اندازه مولکولی است. برای تشکیل هسته حباب همگین درون مایع، اختلاف دمای حالت خیلی بزرگی نیاز است و عملا به ندرت اتفاق می‌افتد، در عمل هسته حباب غیرهمگن ایجاد می‌گردد.

الف- تشکیل هسته غیرهمگن:

تولید حباب معمولا از حفره‌های ریز در ظرف شروع می‌شود. به این نوع تولید بخار از هسته از قبل موجود، تشکیل هسته غیرهمگن می‌گویند. وقتی مایع روی سطح ریخته می‌شود حفره‌ها کاملا پر می‌شوند ولی مقداری هوا در انتهای هر حفره باقی می‌ماند و زمانی که صفحه گرم شود تغییر حجم داده و حجم آن زیاد می‌شود. در این حالت فشار جزئی (Pa) هوا نیز در نوشتن تعادل مکانیکی هسته بخار به حساب می‌آید. 

جریان دوفازی

اصولا رشد و توسعه حباب مطابق شکل (1-9) بستگی به زاویه حباب و سطح و کشش سطحی دارد:

جریان دوفازی

مطابق شکل 3 با افزایش آرام دمای مایع به دمای بالاتر از اشباع، سطح حباب (مشترک) با سرعت به سمت لبه حفره بالا می‌رود، سپس با افزایش فشار بخار در حفره سطح حباب مقعر می‌شود. برای ادامه رشد حباب دمای مایع باید همچنان نسبت به دمای اشباع افزایش یابد تا بیشتر از درجه سوپرهیت تعادل مربوط به شعاع انحنا سطح مشترک شود. این شعاع انحنا کاهش می‌یابد تا زاویه تماس 90 درجه با سطح مسطح تشکیل شود. رشد بیشتر حباب باعث افزایش بیشتر شعاع انحنا می‌شود. بنابراین اندازه دهانه حفره تعیین کننده درجه سوپرهیت لازم برای هسته‌ای شدن حباب بخار در سایت می‌باشد. 

جریان دوفازی

 

این مطلب ادامه دارد ...

 

نگارش : محمد جعفر نیری

منبع : Collier, J.G. and J.R. Thome, Convective boiling and condensation. 1994: Clarendon Press


۰ دیدگاه