Ebulição por Transição – Ebulição Parcial de Filme
Categorização pela temperatura de superaquecimento da parede, ΔT sat :
O trabalho pioneiro sobre a ebulição foi realizado em 1934 por S. Nukiyama , que usou fios de nicrómio e platina aquecidos eletricamente imersos em líquidos em seus experimentos. Nukiyama foi o primeiro a identificar diferentes regimes de ebulição da piscina usando seu aparelho. Ele notou que a ebulição assume formas diferentes, dependendo do valor da temperatura de superaquecimento da parede ΔT sat (também conhecida como temperatura excessiva) , que é definida como a diferença entre a temperatura da parede, parede T e a temperatura de saturação, T sat .
São observados quatro regimes diferentes de ebulição da piscina (com base no excesso de temperatura):
- Ebulição por Convecção Natural ΔT sentado <5 ° C
- Ebulição do Nucleado 5 ° C < ΔT sentado <30 ° C
- Ebulição de transição 30 ° C < ΔT sentado <200 ° C
- Ebulição de filme 200 ° C < ΔT sentado
Ebulição de transição
O fluxo de calor em ebulição nucleado não pode ser aumentado indefinidamente. Em algum valor, chamamos de “ fluxo crítico de calor ” ( CHF ), o vapor produzido pode formar uma camada isolante sobre a superfície, que por sua vez deteriora o coeficiente de transferência de calor. Isso ocorre porque uma grande fração da superfície é coberta por uma película de vapor, que atua como um isolamento térmico devido à baixa condutividade térmica do vapor em relação à do líquido. Imediatamente após o fluxo crítico de calor ter sido atingido, a ebulição se torna instável e a ebulição de transição ocorre. A transição da ebulição nucleada para a ebulição de película é conhecida como ” crise de ebulição “. Como além do ponto CHF, o coeficiente de transferência de calor diminui, a transição para a ebulição de película é geralmente inevitável.
Fluxo crítico de calor
Como foi escrito, nos reatores nucleares , as limitações do fluxo de calor local são da maior importância para a segurança do reator. Para reatores de água pressurizada e também para reatores de água fervente , existem fenômenos termo-hidráulicos, que causam uma diminuição repentina na eficiência da transferência de calor (mais precisamente no coeficiente de transferência de calor ). Esses fenômenos ocorrem com certo valor do fluxo de calor, conhecido como ” fluxo crítico de calor “. Os fenômenos que causam a deterioração da transferência de calor são diferentes para PWRs e BWRs.
Nos dois tipos de reatores, o problema está mais ou menos associado à saída da ebulição nucleada. O fluxo de calor em ebulição nucleado não pode ser aumentado indefinidamente. Em algum valor, chamamos de “ fluxo crítico de calor ” ( CHF ), o vapor produzido pode formar uma camada isolante sobre a superfície, que por sua vez deteriora o coeficiente de transferência de calor. Imediatamente após o fluxo crítico de calor ter sido atingido, a ebulição se torna instável e a ebulição de película ocorre. A transição da ebulição nucleada para a ebulição de película é conhecida como ” crise de ebulição “. Como foi escrito, os fenômenos que causam a deterioração da transferência de calor são diferentes para PWRs e BWRs.
Fluxo Mínimo de Calor – Ponto Leidenfrost
O ponto Leidenfrost , que corresponde ao fluxo de calor mínimo , é de interesse prático, pois representa o limite mais baixo para o fluxo de calor no regime de ebulição de película. Se o fluxo de calor cair abaixo desse mínimo, o filme entrará em colapso, fazendo com que a superfície esfrie e a ebulição nucleada seja restabelecida. Portanto, nesse ponto, ocorre o retorno à ebulição nucleada (RNB). Os termos extinção, fluxo mínimo de calor, retorno à ebulição nucleada, afastamento da ebulição de película, colapso da ebulição de película e ponto de Leidenfrost foram usados de forma intercambiável para se referir a várias formas de reumidificação, mas não são exatamente sinônimos.
Usando a teoria da estabilidade, Zuber derivou a seguinte expressão para o fluxo de calor mínimo (e o ponto correspondente de Leidenfrost ) para uma grande placa horizontal:
Onde
- q min – fluxo de calor mínimo [W / m 2 ]
- h fg – entalpia de vaporização, J / kg
- g – aceleração gravitacional m / s 2
- ρ l – densidade do líquido kg / m 3
- ρ v – densidade do vapor kg / m 3
- σ – interface tensão superficial-vapor-líquido N / m
Efeito Leidenfrost
O efeito Leidenfrost é um fenômeno físico no qual um líquido, em contato próximo com uma massa significativamente mais quente (por exemplo, uma gota de água em uma panela quente) do que o ponto de ebulição do líquido, produz uma camada de vapor isolante que impede que o líquido ferva rapidamente. O fato de uma gota de água durar muito tempo quando depositado em um metal muito mais quente que a temperatura de ebulição da água foi relatado pela primeira vez por Hermann Boerhaave em 1732. Não foi investigado extensivamente até 1756 quando um médico alemão Johann Gottlob Leidenfrost publicou ” A Tratado sobre algumas qualidades da água comum ”.
Esse efeito pode ser demonstrado geralmente durante o cozimento, quando aspergidas gotas de água em uma panela para medir sua temperatura: se a temperatura da panela estiver igual ou acima do ponto de congelamento, a água desliza pela panela e leva mais tempo para evaporar do que em uma panela. abaixo da temperatura do ponto Leidenfrost (mas ainda acima da temperatura de ebulição). O ponto Leidenfrost, que corresponde ao fluxo de calor mínimo, é de interesse prático, pois representa o limite mais baixo para o fluxo de calor no regime de ebulição de película. Se o fluxo de calor cair abaixo desse mínimo, o filme entrará em colapso, fazendo com que a superfície esfrie e a ebulição nucleada seja restabelecida. O efeito Leidenfrost também é responsável pela capacidade do nitrogênio líquido deslizar pelos pisos.
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Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: translations@nuclear-power.com ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.
