微重力下的沸腾
传热学7-2
热管中各个传递环节的热阻分析
设热管的外径 do =25mm， 内径 di =21mm，蒸发段长度 le及冷 凝段长度 lc均为 1m，碳钢导热系数 =43.2 W/(m· K)。热量从热 流体传到冷流体的过程中各个环节的热阻如下： (1). 从热流体到蒸发段外壁的换热热阻 R1 设蒸发段外表面总表面传热系数为 ho，e，则：
D
F
A B E
6/45
三 气泡动力学简介
1 沸腾传热具有较高传热强度的原因 气泡的形成、成长、脱离壁面所引起的各种 扰动而造成的。 要进一步强化沸腾传热就要设法增加加热表 面上产生气泡的地点----汽化核心 2 汽化核心产生地点
加热表面上凹坑、裂穴最有可能成为汽化核心
7/45
3 加热表面上要产生气泡液体必须过热
C
D
F
A B E
t q
5/45
沸腾传热有：
（1）壁温可以控制的情况 （2）热流密度可以控制的情况
C
临界热流密度 qmax
对于依靠控制热流密度来改 变工况的加热设备（电加热器 和核反应堆），一旦热流密度 超过峰值，工况将沿qmax 虚线 跳至稳定膜态沸腾线， t 将 猛升至近1000 º C，可能导致设 备的烧毁，所以qmax亦称烧毁点。 必须严格监视并控制热流密度。
R7
1
d o l c ho,c
在 R1~R7中，属于热管内部的热阻为R2~R6，其和为 6.78 10-3 K/W。一根长2m、直径为25mm的铜棒的热阻是上述钢-水 热管的1500倍。热管的这种特别优良的导热性能又被称为“超导 热性”。
本章作业
7-5、7-8、7-21、7-24、730、7-32
《传热学》第7章-凝结与沸腾换热
补充例题3
v 思路： 膜态沸腾换热套用公式计算即可。
稳定的膜态沸腾时，金属丝的电流的发热量 一部分通过沸腾换热传给了水，其余部分则 使金属丝的内能增加（温度升高），这是一 个能量平衡。
补充例题3
v 解：膜态沸腾换热系数的计算套教材中的公式，略 去。结果为： h=236.70 W/(m2.℃)
每米长金属丝的传热量为:
理论解的修正
h
=
0.943
gγρ
µH (ts
2λ3 − tw
1/ 4
)
实验证实： Re < 20
时，实验结果与理论解相吻合
Re > 20 时，实验结果比理论解高20%
所以在工程计算时将该式的系数加大20%
h
=
1.13
gγρ 2λ3
µl(ts − tw
)
1/
4
定性温度
tm
传热学
第7章 凝结与沸腾换热 Condensation and boiling
简介
蒸气被冷却凝结成液体的换热过程称为凝结换热； 液体被加热沸腾变成蒸气的换热过程称为沸腾换热
——有相变的对流换热
一般情况下，凝结和沸腾换热的表面传热系数要比单相 流体的对流换热高出几倍甚至几十倍。
7-1 凝结换热现象
膜状凝结换热 的主要阻力
=
1 2
(ts
+
tw
)
其他
单根水平圆管外壁面上的层流膜状凝结换热平均表面传热系数
h=
( ) 紊流膜状凝结换热
0.729
gγρ µd ts
2λ3 − tw
1/ 4
( ) 整个垂直壁面的平均表面传热系数
九年级物理沸腾知识点
九年级物理沸腾知识点沸腾是物质从液体相转变为气体相的过程，是一种剧烈的相变现象。
在九年级物理学中，掌握沸腾的相关知识点对理解物质的性质和过程非常重要。
本文将介绍九年级物理沸腾的基本概念、条件以及与沸腾相关的现象和应用。
一、沸腾的基本概念沸腾是指物质在一定的温度下，由液体相转变为气体相的过程。
在沸腾的过程中，液体内部形成大量气泡，并伴有泡沫、水汽和冲击声等现象。
沸腾的温度称为沸点，不同的物质具有不同的沸点。
二、沸腾的条件1. 温度达到沸点：沸腾需要液体的温度达到其沸点，才会发生相变。
以水为例，水的沸点是100摄氏度，当温度超过或等于100摄氏度时，水开始沸腾。
2. 引入核心：沸腾的过程中，需要有核心物质或异物存在，以提供气泡的形成和沸腾的起始点。
通常的情况下，容器壁面、异物或者矿物质表面可以提供形成气泡的初始点。
3. 外界压力：沸腾过程还受到外界压力的影响。
当外界压力趋近于0时，沸腾点降低，沸腾会更早地发生。
这也是高山地区水的沸点较低的原因之一。
三、相关现象和应用1. 水煮沸腾：在家庭烹饪中，我们常常见到水煮沸的现象。
当将水加热至100摄氏度以上时，水开始沸腾并转变为水蒸气，即气态水分子混合在空气中。
2. 水壶的内外温差：将水壶放在炉火上加热时，由于沸腾的现象，水壶内外产生温差。
热力使水壶内液体温度升高，形成气泡并带走部分热量，导致外壁温度降低。
3. 蒸发和沸腾的区别：蒸发是液体变成气体的一个过程，与沸腾不同的是，蒸发发生在液体表面，而沸腾发生在整个液体内部。
蒸发是从分子表面逃逸，而沸腾是内部液体分子产生气泡。
4. 沸点的应用：物质的沸点可以用作纯度的检测方法，通过观察物质沸腾的温度来判断其中是否存在杂质。
此外，沸点还与气象学、医疗等领域有关，如预测天气或者为制备药物提供参考。
综上所述，九年级物理的沸腾知识点包括沸腾的基本概念、条件以及相关现象和应用。
通过学习这些知识点，我们可以更好地理解物质的性质和相变过程，同时也能将这些知识应用于我们的日常生活中。
微重力环境下的物理实验技术中的流体行为与相变特性
微重力环境下的物理实验技术中的流体行为与相变特性引言：微重力环境是指在太空或模拟太空条件下，物体所受的重力几乎为零的状态。
在这样的环境中，物质的行为会发生许多有趣的变化，特别是在流体行为与相变特性方面。
本文将探讨微重力环境下的物理实验技术中的流体行为与相变特性。
一、流体行为的微重力效应1. 表面张力的影响在地球上，重力对流体表面造成了额外的张力，使得液体呈现出球形或凸起的形状。
而在微重力环境下，表面张力几乎消失，导致液体表面变得非常平坦。
这使得微重力环境成为研究复杂表面现象的理想平台，例如液滴的行为与薄膜的形成。
2. 对流的影响在地球上，重力驱动了液体的对流现象，即由于温差引起流体的循环。
而在微重力环境下，没有了引导对流的重力因素，导致热量很难有效传递，使得流体内部的温度分布更加均匀。
这为研究传热与质量传递过程提供了便利。
3. 界面现象的变化微重力环境对于界面现象的研究具有重要意义。
界面现象是指两种不同物质的接触区域，在地球上往往受到重力的影响。
而在微重力环境下，由于重力的减弱，界面现象的表现会发生明显的变化，例如液滴的形态变化与气泡的行为。
二、相变特性的微重力效应1. 水的沸腾现象地球上的沸腾现象是由于液体底部受热，加热后的液体上升，形成气体泡。
而在微重力环境下，没有了上下的方向性，气体泡不能上浮，导致沸腾的行为与重力条件下有所不同。
这为研究沸腾的过程提供了新的视角。
2. 相变的影响微重力环境下，液体相变过程中的热量和质量传递受到阻碍。
这将改变相变过程的动力学特性，降低相变的速率。
同时，相变的界面现象也会受到影响，如固液相变时的晶体生长和凝固速率。
三、微重力环境下的实验技术1. 零重力室为了模拟微重力环境，科学家们设计了零重力室，即可以消除大部分重力的实验环境。
在零重力室中，可以进行流体实验和观察流体行为，为研究微重力环境下的物理现象提供了便利。
2. 微流控技术微流控技术是指利用微流体流动的特性进行精密操控和实验的技术。
沸腾的规律
沸腾的规律沸腾是指液体在受热时发生剧烈的汽化现象，其中包含了一定的规律。
本文将从分子运动、沸腾的条件、沸腾的过程和现象等方面介绍沸腾的规律。
一、分子运动是沸腾的基础沸腾是液体分子受热后获得足够的能量，使得液体内部分子不断运动、碰撞、转动。
液体分子的运动速度与温度有关，当温度升高时，液体分子的平均运动速度也会增加。
在沸腾过程中，液体分子的运动变得更加剧烈，甚至有些分子能够克服表面张力而从液体表面挣脱出来。
二、沸腾的条件1. 温度达到沸点：沸腾发生时，液体的温度达到了其饱和蒸气压对应的沸点。
不同液体的沸点不同，沸点是液体特性的重要物理量之一。
2. 液体与气体接触的表面积增大：当液体与气体接触的表面积增大时，液体分子与气体分子的碰撞频率增加，有利于沸腾的发生。
3. 液体内部存在气体微泡：当液体中存在微小的气体微泡时，这些微泡在受热后会不断膨胀，从而促使液体沸腾。
这也是为什么在烧水时，往往从容器底部冒出一些气泡。
三、沸腾的过程和现象1. 沸腾核的形成：在液体受热过程中，当液体中存在气体微泡或异物时，这些微小的气泡或异物就成为沸腾核。
沸腾核能够提供一个起始点，使液体分子能够更容易地从液体表面逸出。
2. 沸腾过程的分为几个阶段：当液体受热后，首先是沸腾核的形成阶段，然后是沸腾核不断增大、膨胀的阶段，最后是液体内部液滴从液体表面脱离的阶段。
整个沸腾过程是逐渐进行的，而不是一下子发生的。
3. 沸腾的现象：当液体开始沸腾时，液体内部会产生冒泡现象，同时液体表面会出现大量的气泡。
这些气泡会从液体底部升上来，然后向上冒出液体表面。
沸腾过程中还会伴随着液体的蒸汽释放和液体温度的保持相对稳定。
四、沸腾的应用沸腾不仅是物理现象，也有着广泛的应用。
例如，在日常生活中，我们经常使用沸腾来煮水和煮食物。
此外，沸腾还被广泛应用于化工、冶金、能源等领域，如蒸馏、干燥、蒸发等过程中，都需要利用到沸腾现象。
沸腾是液体受热时发生的汽化现象，其规律包括分子运动、沸腾的条件、沸腾的过程和现象等。
高等传热学课程论文--沸腾传热特点简介
研究生“高等传热学”论文重庆大学动力工程学院沸腾传热特点的综述摘要：介绍了水平管内及竖直管内流动沸腾的流型图，池沸腾及管内流动沸腾的传热强化技术，窄微流道内沸腾的传热特性。
并对沸腾传热的研究方进行了展望。
关键词：沸腾传热、流型图、强化技术、传热特性1、引言沸腾传热和汽液两相流是由本质上十分复杂的沸腾和两相流动两种物理现象耦合在一起的一种热流体流动过程，在核能、火箭、航天、材料等技术领域和能源、动力、石油、化工、冶金、制冷、食品、造纸等工业中得到了广泛的应用。
管内流动沸腾按管道布置方式主要有水平管内流动沸腾，竖直管内流动沸腾两种方式；按流道结构分主要有圆管内流动沸腾与矩形流道内的流动沸腾；按流道的尺寸分主要有常规流道及窄微流道两种。
本文主要对不同管内流动方式的特点进行综述。
2、水平管内流动及竖直管内流动沸腾2.1 水平管内的流型水平流动下流场受到重力场作用，呈较显著的相分布不均匀性。
常见的水平同向流动的流型主要有弥散泡状流、层状流、间歇流和弥散环状流。
弥散泡状流的示意图如图1所示，从图中可以看出汽泡收到浮力影响，弥散在流道顶部。
随着流速增大汽泡成泡沫状弥散与整个流道。
图1 弥散泡状流的示意图层状流又可细分为纯层状流和波状层状流。
纯层状流的示意图如图2所示，从图中可以看出汽相在流道上部流动，液相在流道底部流动，重力使两相完全分离，两相交界面光滑。
随着汽相流速增大，汽液相界面呈波状，便进入波状层状流，其示意图如图3所示。
图2纯层状流示意图图3波状层状流示意图间歇流的示意图如图4所示，从图中可以看出间歇流是液相和汽相各自呈不同的构形在流道内交替出现。
其中间歇流又可细分为塞状流、半弹状流和弹状流。
塞状流：汽泡呈弹状且偏离于流道顶部流动。
弹状流：液相呈连续相，夹杂有小液滴的汽块偏置于流道顶部并与泡沫状液块相同。
这两种流型的间歇性都可能导致压力突然变化，引起工程中最感困惑的流道振荡破坏。
半弹状流与弹状流的差异仅是泡沫状液块界面呈波状且不与流道顶部相接触。
气液两相流与沸腾传热--沸腾传热基础专题研究.
Topic Three 沸腾传热基础（Elements of Boiling Heat Transfer）本讲要点：本讲介绍池内沸腾传热与强迫对流沸腾传热基础。
给出了各种沸腾模式和流动工况下的典型关联式。
重点是针对诸如大池内的单管以及单根竖直圆管等简单几何条件进行介绍。
还介绍了一些世界问题，比如由于成核困难而导致的沸腾曲线的滞后、由于存在不溶性气体而产生的沸腾曲线迁移以及表面和流体污染等等。
还包括了微重力条件下的两相流动和传热问题。
1. Introduction 引言相变传热系数和锅炉与蒸发器设计中的压降因子等涉及到一些最为复杂的热-流体现象。
由于需求以及智力和知识上的挑战，这一领域内的研究在过去的五十至七十年间呈爆炸型增长趋势。
沸腾传热科学与技术所面对的是这样一个局面：总共有超过30,000篇出版物的文献，每年约50本教材和参考书，每年还有约1000篇论文出现。
显然，我们不再可能逐篇咀嚼甚至综述这些信息。
但是，设计者仍必须对传热和压降进行预测，需要掌握预测方法。
所采用的关系也不总是基于理论，但又必须有足够合理的精度。
因此，我们应当对物理现象和机理有一个较好的认识，从而能够合理地采用有关关联式，这一点十分重要。
本讲的重点将放在简单几何条件（如大池内的单管、单根竖直圆管等）下的传热特征介绍。
很多情况下，复杂几何结构（如：水平管束、多根竖直管道等等）下的关联式，都是建立于对简单构型的经验之上。
另外，本讲主要讨论纯净流体，至于混合物的沸腾及污垢等情况，可能的话，我们还会进行介绍。
沸腾过程在传统的恒定热流或恒定壁温的边界条件下响应是不同的。
前一边界条件主要与具有固定热耗散的系统有关，比如，电热锅炉或者核反应堆堆芯等。
这一情形也会发生在诸如电子加速器靶心或计算机芯片等高功率密度设备的液体冷却情况。
而恒壁温则见诸发生相变的两种流体的热交换器等情况。
但是在一些情况中，比如，化石燃料锅炉等，热流实际上也是恒定的。
沸腾现象物理知识点总结
沸腾现象物理知识点总结1. 沸腾的原理沸腾是一种相变现象，当液体接收到热量时，其温度会不断上升，直至达到沸点。
过了沸点，液体内部会产生气泡，这些气泡会不断向上冒出，并在表面破裂，释放出大量的蒸汽。
在沸腾的过程中，液体的温度保持不变，直至液体被全部蒸发完为止。
2. 沸腾的影响因素沸腾现象受到许多因素的影响，包括液体性质、温度、压力和表面特性等。
液体性质：不同的液体在相同的温度和压力下，其沸腾点是不同的。
一般来说，挥发性较强的液体沸腾点较低。
温度：液体的沸腾点是受温度影响的，当温度升高时，液体的沸腾点也会升高。
压力：当压力升高时，液体的沸腾点也会升高。
而在低压下，液体的沸腾点会降低。
表面特性：表面粗糙度会影响沸腾的热传递效果，较光滑的表面能够提高热传递效率。
3. 沸腾的应用沸腾现象在工业生产中有着广泛的应用，特别是在加热和制冷过程中。
例如，制冷剂在蒸发冷却过程中就是利用了沸腾现象。
在石化工业中，沸腾也被用来加热和蒸发液体，进行蒸馏、干燥、浓缩等操作。
4. 沸腾的安全问题尽管沸腾在工业生产中有着广泛的应用，但在操作过程中也存在一定的安全问题。
例如，当液体在密闭容器中沸腾时，产生的大量蒸汽会增加容器的压力，如果压力过高，容器可能会爆炸。
因此，在工业生产中，需要采取相应的安全措施，确保沸腾过程的安全进行。
5. 沸腾现象的热传递机理沸腾是一种高效的热传递方式。
在沸腾过程中，大量的蒸汽由液体内部释放出来，具有很强的传热能力。
因此，沸腾被广泛应用于工业生产中的加热和制冷过程。
沸腾是一种复杂的传热现象，其传热机理包括了气泡形成、生长、脱离和蒸汽对流传热等过程。
气泡形成是沸腾过程的关键步骤，它的形成需要克服表面张力，当液体受热超过饱和温度时，气泡内压增加，从而气泡形成并向上移动。
气泡的生长过程是由于气泡内部的蒸汽不断增加，从而推动气泡向上生长。
气泡的脱离是指气泡从液体表面脱离，并释放出蒸汽的过程。
这一过程会释放出大量的热量，是沸腾过程中传热最为强烈的阶段。
沸腾换热的传热特性及机理研究
沸腾换热的传热特性及机理研究沸腾换热是一种广泛应用的传热方式，在工业和科技领域有着广泛的应用。
沸腾换热的特点是传热速度快，传热效果好，被广泛应用于工业领域中。
在沸腾换热过程中，液体接触到加热表面时，其表面温度超过了液体的饱和温度，从而形成了蒸汽泡。
这些蒸汽泡会在液体中上升，从而带走了液体中的热量，从而实现了传热。
沸腾换热的这种机制是一种非常重要的传热方式。
除了这种传热方式之外，沸腾换热还具有一些其他的特点。
沸腾换热传热速度很快，远远快于自然对流和强迫对流。
另外，沸腾换热还可以显著的提高传热系数，从而在工业和科技领域中被广泛应用。
在沸腾换热的研究中，还发现了一些有趣的现象。
例如，民族式沸腾，这是沸腾换热的一种反卷性状现象。
另外，在沸腾换热过程中，还存在着一些缺陷区域，这些区域可能会降低传热效果，从而影响工业生产的效率。
因此，在研究沸腾换热的过程中，需要注意到这些现象，以便更好地提高沸腾换热的效率。
此外，在研究沸腾换热的过程中，还需要考虑沸腾换热的机理。
沸腾换热的机理是非常重要的，因为只有了解了沸腾换热的机理，才能更好地提高沸腾换热的效率，并压缩设备成本。
沸腾换热的机理是非常复杂的。
大部分人可能会认为，沸腾换热的机理就是液体接触到加热表面时，蒸汽泡会形成。
但实际上，沸腾换热的机理还涉及到了很多因素，例如液体性质、加热方式、加热强度等。
因此，在研究沸腾换热的机理时，需要充分考虑这些因素的影响。
一些研究表明，在沸腾换热的过程中，液体的表面张力起着非常重要的作用，可以影响沸腾换热的传热效率。
另外，在不同的加热方式下，沸腾换热的机理也是不同的。
例如，在微重力下，沸腾换热的机理就与地球重力下的沸腾换热机理有所不同。
此外，加热强度也是影响沸腾换热机理的另一个重要因素。
在高加热强度下，沸腾换热机理受到的影响可能会超过其他因素的影响。
因此，研究沸腾换热的机理非常重要。
这种传热方式的高效、高速、低成本等特点，使得它在工业生产和科技创新中有着广泛的应用。
微重力 1 微重力燃烧理论概述
的损失总是与热损失耦合在一起的．
1.1.3.辐射热损失引起的可燃极限 燃烧产物的辐射和再吸收总是同时出现 H2O和CO2的吸收谱不同，从产物H2O中发射的能量没有被上游的CO2吸收 CO2的发射谱在火焰温度下较未反应气体温度下的宽，这引起部分辐射损失
微重力燃烧理论概述
与重力环境不同： a)浮力所诱发的流动几乎可以消除 b)通常被遮盖的力和流动可以隔离出来：如静电力、扩散力 c)重力沉降几乎可以消除、 d)某些试验中可以允许有很长的时间尺度或空间尺度
太空微重力下的火焰
主要内容
预混气体 气体扩散 液滴燃烧 颗粒与粉
燃烧
燃烧
尘燃烧
火焰结构 传播速度 可燃极限
1.预混气体的燃烧
1.1.可燃极限
ng标准火焰极限管：向上、向下、水平传播的火焰可燃极限不同
1.1.1.燃料浓度引起的可燃极限： ng实验和理论分析认为在可燃极限下，向上和向下传播的绝热火焰速
度分别正比于g1/4和g1/3，这意味着当g趋于零时，向上和向下传播的火焰速 度也将趋于零，即任意组成的可燃混合物都可以燃烧，尽管速度非常小．
2.气体扩散燃烧
2.3碳黑机理 对碳黑性质的研究：
ng层流模型缺陷：浮力影响 对流作用影响扩散 mg下研究：更高的空间分辨率 更灵活的火焰停留时间控制
mg火焰产生碳黑的倾向更强：
停留时间增大、组成有利和温度较高的区域扩大，对碳黑生成的促进 作用， 超测量表明：火焰在靠近顶部时熄灭，是顶部敞开的火焰排出碳黑和未 燃燃料的原因。
3.液滴燃烧
3.1单组份液滴的燃烧 验证d2定律
奇异的沸腾现象
奇异的沸腾现象作者：沈羡云唐承革来源：《太空探索》2005年第04期在低重力状态下观察液体沸腾是个不可思议的实验。
它有很多的娱乐成分，但是它也使科学家们获得一些重要的物理知识。
对于一个航天的爱好者，在看到一锅沸腾的水的时候，或者是看到咖啡或一杯汤沸腾的时候，常常会联想到它们在太空中会是什么样子？沸腾的气泡是膨胀还是缩小？它们会膨胀到多大？在锅的里面还有液体吗？一个普通的物理常识——沸腾现象沸腾现象在地面是普遍存在的物理现象，看上去似乎很简单，在中学的物理课上老师就告诉学生，液体加热时，靠近加热器底部的液体被加热，这部分液体变热后，产生的气泡由于重量轻，跑向水面。
同时，由于液体的对流，加热器附近加热的水上升，周围的冷水补充，于是整个容器的水温逐渐升高，当达到液体的沸点时，液体沸腾了。
实际上，地球上沸腾现象并不是一个简单的物理现象。
到目前为止，物理学家对沸腾现象中的很多物理学原理还没有搞得十分清楚。
在失重情况下，液体沸腾与地面有什么不同，在几年以前还没有人可以清楚地回答这个问题。
但是，正确地解答这个问题是十分重要的。
沸腾现象不仅发生在日常生活里，在工厂的车间里和航天飞机的冷却系统中，也会出现沸腾现象，如果对影响沸腾的因素不了解，将影响到产品的质量和航天飞机的安全。
因此，工程师们需要了解沸腾是如何发生的，以便制定相应的对策。
上世纪九十年代初，来自密歇根大学的一些科学家和工程师决定揭开这个秘密。
他们在1992～1996年期间的五次飞行任务中进行了一系列的沸腾实验。
他们发现了在地球上和在轨道上的沸腾液体之间有一些很奇妙的不同。
例如，在失重状态下沸腾的溶液并没有产生数以千计的气泡，而是一个巨大的气泡吞没了小的气泡。
现在每个人都可以看到在失重状态下沸腾的奇异景象。
失重条件下的水沸腾在太空失重的环境下，水沸腾起来要比在地球上简单。
液体沸腾过程中的两个主要变量——对流和浮力与重力是有关的。
如果在太空中进行此实验，将会除去这两个因素的作用，它将导致太空和地面液体沸腾时表现出不同的现象。
七年级物理沸腾知识点
七年级物理沸腾知识点在七年级物理学习的过程中，有一个非常重要的知识点就是沸腾。
那么，什么是沸腾？为什么会沸腾？沸腾有哪些特点和应用呢？下面就让我们来一起探讨一下。
一、沸腾的定义沸腾是指液体在恒定温度下，持续地产生汽泡并不停地从液体表面冒出的物理现象。
在沸腾时，液体的温度保持不变，而且液体的表面上会产生大量的气泡，这些气泡随后会不断地从液体中冒出来。
二、沸腾的原理液体分子在接受热量作用下，分子间的相互作用降低，分子不断地振动使液体温度升高，而温度升高又加速了分子的热运动。
一旦液体的温度达到一定程度，液体分子就会迅速地脱离液面逸出，形成一定大小的气泡，并由于“静水压”的作用，这些气泡在液面下部不断地增大，当气泡内的汽压力大于或等于液面的饱和汽压力时，气泡就会猛烈地破裂并冒出液体，从而形成连续不断的沸腾。
三、沸腾的特点1. 沸腾时液体的温度不变，这是沸腾与汽化不同的特点。
2. 湍流和回流现象：随着液体温度的上升，气泡大小会逐渐增大，数量也会增多，它们在液体中猛烈运动，相互碰撞、在液体表面迅速破裂，引起湍流和回流现象。
3. 冷却和加热：沸腾可以用来冷却和加热，比如蒸馏水、汽车发动机散热器等。
四、沸腾的应用1. 水的沸腾可以用于制备蒸馏水，即利用沸腾原理将水蒸发成气体，并重新凝结成纯净的水。
2. 液化气的沸腾可以用于供应液化气，液化气在储存时必须保持低温和高压，通过减压阀进行降温而气化，可用于生产燃气等。
3. 沸腾也可用于散热，常见的散热设备如汽车散热器就是利用沸腾的原理将发动机的热量传给空气。
总之，沸腾是一种非常重要的物理现象，它在我们日常生活中起着十分重要的作用。
通过对沸腾的学习，同学们能够更好地理解液体的物理现象，提高对沸腾的应用认识，进而更好地应用到实际生活中。
沸腾 微观解释
沸腾微观解释
沸腾是液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，可以从微观角度进行解释。
首先，沸腾现象与水中溶有的空气有关。
当加热容器时，容器底和壁上会出现小气泡，这些小气泡由空气和饱和水气组成。
继续加热时，小气泡受热膨胀，泡内的压力减小。
此时，一方面气泡脱离器底或器壁上浮，另一方面液体不断地向泡内蒸发。
同时，在上浮气泡的下方又将形成许多新的小气泡，并重复上述相同的过程。
在尚未达到沸腾之前，当气泡上升到较冷的水层时，由于泡内的饱和气压小于外部压力，气泡又逐渐缩小，使泡里的饱和气逐渐凝结成液体，最后只剩下空气和少量水气跑出液面。
继续加热容器，随着温度的升高，气泡内饱和气压不断增大，直到等于外部压力时，上浮气泡不再缩小。
并且这时气泡周围的液体反而迅速地向气泡内蒸发，使气泡继续增大，直到冒出液面时才破裂，这就形成沸腾现象。
总的来说，沸腾的微观本质是：由于水中溶有空气，当加热容器时，容器底和壁上会出现小气泡。
随着温度的升高，气泡内饱和气压不断增大，直到等于外部压力时，气泡继续增大并破裂，形成沸腾现象。
微重力下的沸腾
重力加速度越小，气泡脱离直径越大。因为浮力的驱动 作用变得非常小，气泡不易离开表面，所以停留时间长， 可以生长得更大。
重力加速度越小，气泡不易离开表面，所以停留时间长， 使得鼓泡频率降低。
强迫对流速度越大，使得表面生成的气泡更容易脱落随 流体一起离开，所以直径越小。
强迫对流速度越大，使得表面生成的气泡更容易脱落随 流体一起离开，所以鼓泡频率增大。
（a）（b）：
壁温T w和加热电压U heating保持不变。
（c）（d）:
壁温T w和加热电压U heating都急剧增大。
电流 I=0.5A 过冷度 △T sub=41 高热流
微翘片的粗糙芯片
微重力前：（a）气泡更多，更激烈，因为微翘片 的表面有更多的气化核心，有利于传热。
微重力后：（b）气泡不断地捕捉周围的小气泡， 不断变大，并离开加热表面。 （c）气泡不断地变大，变成球形，覆盖在加热表 面。 （d）大气泡离开加热表面，是因为由气泡和在气 泡下面微层液体所接触的界面而产生的毛细力，使 得其它液体可以进入到加热界面接触。
进入微重力后：气泡尺寸尺寸变大，而且没有 气泡从表面脱离的现象（c）。
（d）气泡之间发生合并形成相对大的球形气 泡。 （e）从加热面中心游离到边缘。
加速度
电压
微重力前： 壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 微重力后：壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 加热表面壁温相比常重力条件保持不变，而且不 随气泡行为的改变而改变，表明稳态池沸腾现象在 微重力条件下可以获得。
（2）过冷度： 物质结晶时的温度称为理论结晶温度，但是 实际结晶时，实际结晶温度总是低于理论结晶 温度的，这种现象成为过冷现象。
过冷度 △T sub=T i–TP
中考物理辅导物态变化：空中古怪的沸腾
中考物理辅导物态变化：空中古怪的沸腾中考物理辅导物态变化：空中古怪的沸腾中考物理辅导物态变化：空中古怪的沸腾【资料1】空中古怪的沸腾液体沸腾是地球上司空见惯的现象，但它却是一个十分复杂的物理过程。
当装有液体的容器被加热后，由于重力的影响，液体中比较热的部分上升，而比较冷的部分则下降──这就是"对流"。
浮力使气泡急速上升，因此产生剧烈的"沸腾"。
那么太空中的沸腾又是怎样的呢？实际上，物理学家一直被地球上沸腾液体的复杂行为所困惑。
而弄清沸腾的机理对工程技术人员是很重要的，这不仅仅关系到咖啡壶，更关系到宇宙飞船中的动力和空调系统的设计。
一个由密歇根大学和美国国家航空航天局的研究人员组成的科学家小组决定弄清这些问题。
从1992到l996年，在航天飞机所进行的5次飞行使命中，他们使用液体氟里昂进行了一系列的沸腾实验。
在实验中，他们发现了液体在地球与太空轨道上沸腾时所发生的一些令人迷惑的不同之处。
例如在太空中，液体在无重力条件下沸腾时不是产生成了上万的升腾的小气泡，而是产生一个在液体中起伏的巨大的气泡，且不断夺下其他的小气泡。
多亏了美国航空航天局对这一过程的录像，现在我们在地球上就可以观察到液体这种令人迷惑的古怪的沸腾行为了。
研究一个变量少一些的比地球简单的对象。
对我们来说，太空就可以将研究的问题简化。
"当液体在太空中被加热时，由于没有重力的作用，液体中比较热的部分不再上升，而是紧靠着加热器的表面停留并被继续变热，而远离加热器的区域则相对较冷。
因为只有一小部分液体被加热，因此它会更快地沸腾。
但是，由蒸气形成的气泡不会冲出液面，而是结合成一个在液体内部晃动的巨大的气泡。
虽然这些现象用现有的理论就可以预测，但要想真正了解整个过程的细节，并寻找末预测到的现象，则需要进行真实的实验。
实验的负责人赫尔曼·默特被人们视为微重力沸腾实验之父，正是他发明了记录在录像带上的实验。
微重力流动沸腾气泡脱离机制
微重力流动沸腾气泡脱离机制高旭;王学会;雷刚;郑豪策;韩晓红;陈光明【摘要】为了研究微重力条件下的流动沸腾换热过程气泡脱离的特点,研究了气泡在脱离过程中的受力情况,推导并给出了气泡在切向方向和垂直方向上的粘滞力、浮力、附加压力、惯性力的表达式,并在此基础上提出了气泡从加热表面脱离特性的分析模型.研究结果表明,在微重力下气泡的长大时间明显比常重力下大,对应的气泡脱离直径比常重力下也大.随着工质流速的增加,气泡的脱离直径逐步变小,当工质流速达到一定值后,常重力和微重力下气泡的脱离半径差别可以忽略不计.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】6页(P7-11,27)【关键词】微重力;沸腾;传热;气泡动力学;脱离直径【作者】高旭;王学会;雷刚;郑豪策;韩晓红;陈光明【作者单位】航天低温推进剂技术国家重点实验室北京 100028 ;浙江大学制冷与低温研究所杭州 310027;浙江大学制冷与低温研究所杭州 310027;航天低温推进剂技术国家重点实验室北京 100028;浙江大学制冷与低温研究所杭州 310027;浙江大学制冷与低温研究所杭州 310027;浙江大学制冷与低温研究所杭州 310027【正文语种】中文【中图分类】TB6111 引言随着航天事业的飞速发展，人类在太空中的活动越来越频繁。
航天技术的进步不仅为航天学科同时也为相关交叉学科开辟了新的研究领域，很多电子实验设施和装备被带入空间实验室。
研究的逐步深入使得这些设备的发热量越来越高，而它们相应的物理尺寸却越来越小，这就造成了航天电子设备的散热热流密度也越来越大，普通的散热手段已不能满足其散热要求［1］。
同时，由于航天领域的特殊性，设备维修成本较高，维持所用设备长期高效可靠的运行具有非常重要的意义。
流动沸腾换热能够大量的利用工质的潜热进行热量的交换，因此具有很高的传热系数，被认为是目前具有较好应用前景的散热方式之一。
太空中煮热水会出现完全相反的物理现象，科学家们都迷惑了
太空中煮热水会出现完全相反的物理现象，科学家们都迷惑了微重力另一个怪异的副作用。
在地球上，当煮水时，它会蒸发并且变成蒸汽，然后直到够冷时再次凝结。
但在国际太空站(International Space Station，ISS)的太空人，展示完全不同的事情在微重力环境中彻底发生。
他们发现蒸汽凝结成液体，即使温度比这个物质的正常沸点高出凯氏160度，这是一个迷惑科学家的新现象。
以前的研究显示微重力对沸腾的液体具有奇怪的影响。
在地球上，称为对流(convection)的过程在热分布(heat distribution)扮演相当重要的角色。
重力会导致液体的较冷部分下沉，而较热的部分上升，而且会使热量在液体内部四处扩散。
但是在微重力(microgravity)环境中，例如在国际太空站上，不会发生。
为了解决这个问题，国际太空站有一种称为热管(heat pipe)的装置，装置的部分真空会把热量从热的地方传到较冷的地方，而不需要用到机械帮浦。
它们是透过含有少量从热表面蒸发的液体来运作，然后在与较冷的表面接触时，凝结回液体，从而重新分配热量。
透过毛细管作用(capillary action)，液体然后回到热表面，无限期地重复这个过程。
除了来自纽约伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute)研究人员和美国太空总署格伦研究中心(Glenn Research Centre)的这项新研究显示，在国际太空站实际上可能不会发生。
事实上，蒸气正在做与你所预期的相反，它继续凝结在热端；这是工程系统未来的一个问题。
这些研究人员在物理评论通讯期刊(Physical Review Letters)中写道：「传统热管分为三个区域：加热端蒸发、冷却端凝结、以及中间或隔热。
」「这里的微重力实验报告显示，情况可能会是更加复杂。
」新的研究室是以之前2015年的观察为基础。
当时研究人员注意到增加热管的热量输入并不会造成设备如预期般的干枯，而是相反的导致液体累积在那里。
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1.2.2 微重力下
（1）沸腾机理：微重力沸腾所需的条件和常重力差不多一
样，但沸腾现象和机理却有很大的差别，因为气泡受力 发生很大的变化。
（4）失重
1
微重力下气泡的运动变化和传热性能
1.1 微重力简介：
（1）微重力的研究背景：
常重力下的沸腾传热研究已经很成熟了，对于微重力下 的沸腾传热却在最近几年刚开始的，所以对它的沸腾了 解却不足。 （2）沸腾态的选择： 与膜态沸腾相比，核态沸腾传热系数高，传热稳定， 多用在实际应用中。
（3）微重力研究的意义：未来太空的应用。
进入微重力后：气泡尺寸尺寸变大，而且没有 气泡从表面脱离的现象（c）。
（d）气泡之间发生合并形成相对大的球形气 泡。 （e）从加热面中心游离到边缘。
加速度
电压
微重力前： 壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 微重力后：壁温T w 和加热电压U heating保持不变； 加热表面壁温相比常重力条件保持不变，而且不 随气泡行为的改变而改变，表明稳态池沸腾现象在 微重力条件下可以获得。
微重力下的沸腾传热
报告人：姚艺彬 搭档： 白昊
内容概要： 1 微重力下气泡的运动变化和传热性能 2 微翘片的芯片和光滑芯片的沸腾性能比较 3 气泡的尺寸和发泡频率
概念： （1）过热度： 过热度指的是加热壁温高于对应压力下的饱 和温度的程度。 △T=T w –T sat 压力升高，液体的饱和温度也是升高的。当加 热壁温不变，提高压力时，则液体的过热度降 低。力变得很小可忽略，所以气泡不易离 开加热表面。 F惯性力：可以认为和常重力一样不变 F压力差：可以认为和常重力一样不变
阻力： F重力：重力很小可忽略 F粘性阻力：可以认为和常重力一样不变 F表面张力：可以认为和常重力一样不变 F Marangoni 力：在微重力时是影响很大的阻力 我们主要考虑 F浮力 、F Marangoni 力
（a）（b）T w和加热电压U heating不变。 （c）（d）（e）由于生成的气泡没有离开加热 壁面，使得传热系数降低，所以壁温T w和U heating快 速升高。 表明沸腾换热恶化，可能提前发生临界热流或转 变为膜态沸腾。
2
微翘片的芯片和光滑芯片
的沸腾性能比较
光滑 的芯片
中 热 流
微重力前：（a）气泡更多，运动更激烈 微重力后：（b） （c）相邻气泡合并形成更大的 合并气泡， 并不断捕获它周围的零星小气泡。 （d）合并气泡被周围气泡从加热表面挤压，由于 表面张力作用形状发生变化。 （e）合并气泡由于其下面的微层蒸发和由合并引 起的表面剧烈振荡作用，使得合并气泡从加热表面 脱离。
二是加热界面要存在气化核心，一般认为粗糙表面的 消息凹缝易于成为气化核心。
三是液体的导热系数λ、密度ρ越大传热系数越大， 而 粘度 μ、表面张力σ越大传热系数却越小。 提高沸腾压力相当于提高液体的饱和温度，使液体的 表面张力σ和粘度均下降，有利于气泡的生成和脱离。
（2）气泡在常重力下的受力分析： 驱动力：F浮力：浮力，最主要的动力， 所以气泡可以不断地离开加热表面。 F惯性力：较小 F压力差：影响不大。
我们列举电流I分别为0.20、0.36、0.40A这三种情况。
I=0.20 为低热流、I=0.36 为中热流、I=0.40 为高热流。
光滑 的芯片 低 热 流
图片上的时间负的，表示还没有进入微重力状 态，时间正的，表示进入微重力。（a）（b）（c） （d）（e）是不同时间气泡的运动情况。
进入微重力前：气泡不断地生长，脱落，而 且维持稳定的核态沸腾状态（a）。
1.3 实验部分：
实验装置图
试验设备：
电源：给液体加热，是液体沸腾
高速摄影机：把沸腾时，气泡的运动情况拍下来
光源：拍照的时候，可以获得较高的清晰度
液池：装液体的装置
温度传感器：测量液体和加热芯片的温度
数据采集器：显示温度、加热电流
橡胶袋：使整个过程，压力维持不变 芯片：用来加热液体的界面体
编 号
（4）微重力研究方法： 利用中科院国家微重力实验室提供的百米落塔平台，进 行研究。 实验液体：FC-72（氟化物）
实验特点：时间短3～4s，过程控制难，费用高
1.2 沸腾机理和气泡受力分析：
1.2.1 常重力下 （1）沸腾机理： 首先加热液体的过热是产生小气泡的必要条件，即液 体的温度高于气泡所对应的饱和温度。
（2）过冷度： 物质结晶时的温度称为理论结晶温度，但是 实际结晶时，实际结晶温度总是低于理论结晶 温度的，这种现象成为过冷现象。
过冷度 △T sub=T i–TP
（3）沸腾临界点CHF : 当温度达到由泡核沸腾转变为膜态沸腾所对 应的值T时，称为沸腾临界点。 这时加热表面上的气泡很多，气泡连成一片， 覆盖了部分加热面。由于气膜的传热系数低， 加热面的温度会很快升高。
随着时间的增加，壁温在逐渐升高直到达到最 大峰值，然后逐渐降低，并同时调整曲线达到准 稳态状态，最后在微重力条件下实现准稳态核态 池沸腾。
加热电压不变。
光滑 的芯片
高 热 流
微重力前：（a）气泡很多，运动很激烈。
微重力后：（b）气泡合并大气泡
（c）合并气泡保持半球形，是因为气泡顶部的冷 凝和底部小气泡的合并达成平衡。 （d）气泡的形状变成椭球型而且界面变得更为光 滑，是因为液体的过冷度较高导致气泡顶部的冷凝 加强。 （e）气泡不离开界面。
实验条件表格1
表格1说明：
SI0.20、SI0.24、SI0.30、SI0.36、SI0.40是实验编号； P 是实验压力差不多都维持在一个大气压下； T l 是实验液体的初始温度，差不多都相等，为15℃； △T sub 是过冷度，都维持在40～41 ℃； I 是电源所提供的电流，分为0.20A、0.24A、0.30A、 0.36A、0.40A，这是实验的对比参数。