Статья

Статья

Тепломассообмен и физическая газодинамика

2021. Т. 59. № 1. С. 86–99

Синкевич О.А.

Паровая пленка на плоской горячей вертикальной поверхности

Исследован процесс пленочного кипения в системе пар–жидкость, находящейся в открытом сверху прямоугольном бассейне, одна из вертикальных стенок которого нагрета до температуры, превышающей температуру кипения жидкости. Особенностью данного процесса является постоянное истечение пара в окружающую среду и то, что толщина паровой пленки состоит из стационарной части и волн, распространяющихся по фазовой поверхности. В стационарном анализе исследован специальный режим невязкого вихревого течения. Методом многомасштабных асимптотических разложений построены решения уравнений сплошной среды и найдена форма фазовой границы, разделяющей пар, примыкающий к горячей вертикальной стенке, и холодную жидкость. Найденное решение позволяет рассчитать характеристики теплообмена. Исследована устойчивость полученной стационарной конфигурации пара и жидкости и разделяющей их фазовой границы. Показано, что вдоль границы распространяются волны, отличающиеся от известных гравитационных волн в жидкости в изотермической среде. Как и при пленочном кипении на горизонтальной поверхности, генерация этих поверхностных волн в неизотермической среде связана с изменением потока теплоты при искривлении и смещении фазовой поверхности и зависимостью давления насыщения от температуры. Аналогично известному эффекту Гиббса–Томсона деформация фазовой поверхности приводит к изменению температуры кипения и, соответственно, давления насыщения. В работе выделяется три класса течений сред по вертикальной поверхности (слой жидкости, слой образующегося конденсата, пленка пара), общим для которых является наличие волновой границы раздела сред.