Cos'è la crisi bollente?
Durante l'ebollizione, il trasferimento di calore da una superficie riscaldata a un liquido provoca la formazione di bolle di vapore sulla superficie. All’aumentare del flusso di calore, le bolle crescono e si uniscono, coprendo una porzione più ampia della superficie. Ad un certo punto, l'apporto di liquido alla superficie diventa insufficiente, portando alla formazione di una zona secca. Questa zona secca crea una barriera tra la superficie riscaldata e il liquido, che riduce significativamente l'efficienza del trasferimento di calore e può causare surriscaldamento e danni alla superficie.
La crisi di ebollizione è caratterizzata da un forte aumento della temperatura superficiale mentre il flusso di calore rimane costante o addirittura diminuisce. Questo fenomeno è spesso accompagnato da una rapida generazione di vapore, fluttuazioni di pressione e aumento del rumore e delle vibrazioni.
Meccanismi della crisi bollente
Esistono diversi meccanismi che possono portare alla crisi di ebollizione, a seconda delle condizioni specifiche del sistema:
1. Crisi di ebollizione nucleata :Ciò si verifica quando la temperatura superficiale è sufficientemente elevata da supportare una rapida formazione di bolle, facendo sì che il vapore blocchi il flusso del liquido e crei punti asciutti.
2. Crisi del cinema in ebollizione :Ciò si verifica quando sulla superficie riscaldata si forma una pellicola di vapore stabile, che impedisce al liquido di bagnare nuovamente la superficie e porta a una grave degradazione del trasferimento di calore.
3. Crisi di ebollizione indotta dal regime di flusso :Ciò si verifica a causa di cambiamenti nei modelli di flusso dei fluidi, causando regioni di carenza di liquidi e secchezza.
Evitare la crisi bollente
Per evitare la crisi di ebollizione, è essenziale mantenere un'adeguata fornitura di liquido e bagnare la superficie riscaldata. Ciò può essere ottenuto attraverso varie misure:
1. Progettazione corretta del sistema :Progettare sistemi con una superficie di scambio termico sufficiente, portate adeguate e percorsi di flusso ottimali aiuta a prevenire l'accumulo di vapore e riduce il rischio di essiccazione.
2. Trattamento superficiale :La modifica delle caratteristiche della superficie per migliorare la bagnabilità, come l'utilizzo di superfici ruvide o rivestimenti che promuovono la diffusione del liquido, può migliorare il trasferimento del calore durante l'ebollizione e ridurre la probabilità della crisi di ebollizione.
3. Controllo del flusso :Garantire una distribuzione uniforme del flusso del liquido, evitare il ristagno del flusso e ottimizzare le velocità del fluido può aiutare a mantenere una pellicola liquida stabile sulla superficie riscaldata.
4. Controllo della pressione :Il funzionamento del sistema a una pressione più elevata aumenta il punto di ebollizione del liquido, rendendolo meno suscettibile all'ebollizione.
5. Controllo della temperatura :Limitare la temperatura superficiale per evitare un'eccessiva generazione di vapore e un'essiccazione è fondamentale per prevenire la crisi di ebollizione.
Comprendendo i meccanismi della crisi di ebollizione e implementando strategie efficaci per evitarla, gli ingegneri possono garantire il funzionamento affidabile ed efficiente dei sistemi che coinvolgono processi di ebollizione ed evaporazione.
