ŠILUMOS PERDAVIMAS VIRIMO IR KONDENSATAVIMO METU

ŠILUMOS PERDAVIMAS VIRIMO METU

Virimas yra intensyvaus garavimo procesas, vykstantis per visą skysčio tūrį, kurio temperatūra yra soties arba šiek tiek perkaitinta, palyginti su soties temperatūra, ir susidaro garų burbuliukai. Fazinio virsmo proceso metu sugeriama garavimo šiluma. Virimo procesas paprastai apima šilumos pridėjimą į verdantį skystį.

Skysčio virimo režimai.

Skiriamas skysčių virimas ant kieto šilumos mainų paviršiaus, į kurį tiekiama šiluma iš išorės, ir virimas didžiojoje skysčio dalyje.

Verdant ant kieto paviršiaus tam tikrose šio paviršiaus vietose stebimas garų fazės susidarymas. Virimo metu garų fazė spontaniškai atsiranda skysčio tūryje atskirų garų burbuliukų pavidalu. Tūrinis virimas gali įvykti tik tada, kai skystoji fazė perkaitinama labiau, palyginti su soties temperatūra tam tikru slėgiu, nei verdant ant kieto paviršiaus. Didelis perkaitimas gali įvykti, pavyzdžiui, kai sistemoje greitai atleidžiamas slėgis. Tūrinis virimas gali įvykti, kai skystyje yra vidinių šilumos šaltinių.

Šiuolaikinėje energetikoje ir technikoje dažniausiai susiduriama su virimo procesais ant kietų šildymo paviršių (vamzdžių paviršių, kanalų sienelių ir kt.). Šis virimo būdas daugiausia aptariamas toliau.

Šilumos perdavimo mechanizmas verdant branduolį skiriasi nuo šilumos perdavimo mechanizmo vienfazio skysčio konvekcijos metu tuo, kad yra papildomas medžiagos masės ir šilumos perdavimas garų burbuliukais iš ribinio sluoksnio į verdančio skysčio tūrį. Tai lemia didelį šilumos perdavimo intensyvumą verdant, palyginti su vienfazio skysčio konvekcija.

Kad virimo procesas vyktų, turi būti įvykdytos dvi sąlygos: skysčio perkaitimas, palyginti su soties temperatūra, ir garavimo centrų buvimas.

Skysčio perkaitimas turi didžiausią vertę tiesiai šildomame šilumos mainų paviršiuje. Ant jo yra garų susidarymo centrai sienų nelygumų, oro burbuliukų, dulkių dalelių ir tt pavidalu. Todėl garų burbuliukai susidaro tiesiai ant šilumos mainų paviršiaus.

3.1 pav. – skysčio virimo režimai neribotame tūryje: a) burbuliuojantis; b) – pereinamasis; c) - filmas

Fig. 3.1. schematiškai pavaizduoti neriboto tūrio skysčio virimo režimai. At burbulo režimas verdant (3.1 pav., a), kylant kaitinimo paviršiaus temperatūrai t c ir atitinkamai daugėja aktyvių garinimo centrų, o virimo procesas tampa vis intensyvesnis. Garų burbuliukai periodiškai nutrūksta nuo paviršiaus ir, plūduriuodami į laisvą paviršių, toliau didėja.

Didėjant temperatūros slėgiui Δ tšilumos srautas, kuris pašalinamas nuo kaitinimo paviršiaus į verdantį skystį, žymiai padidėja. Visa ši šiluma galiausiai naudojama garams gaminti. Todėl virimo šilumos balanso lygtis yra tokia:

Kur K- šilumos srautas, W; r- skysčio fazinio virsmo šiluma, J/kg; G p- garų kiekis, susidarantis per laiko vienetą dėl skysčio virimo ir pašalintas iš jo laisvo paviršiaus, kg/s.

Šilumos srautas K didėjant temperatūrų skirtumui Δ t neauga be galo. Esant tam tikram dydžiui Δ t jis pasiekia maksimalią reikšmę (3.2 pav.), o toliau didėjant Δ t pradeda mažėti.

3.2 pav. Šilumos srauto tankio priklausomybė q

nuo temperatūrų skirtumo Δ t verdant dideliu kiekiu vandens esant atmosferos slėgiui: 1- kaitinimas iki soties temperatūros; 2 – burbulo režimas; 3 – pereinamasis režimas; 4 – filmavimo režimas.

Suteikite sritis 1 2 3 ir 4

Virimo burbulinis režimas vyksta 2 skyriuje (3.2 pav.), kol pasiekiamas maksimalus šilumos pašalinimas taške q kr1, skambino pirmasis kritinis šilumos srauto tankis. Vandeniui esant atmosferos slėgiui pirmasis kritinis šilumos srauto tankis yra ≈ W/m2; atitinkama kritinė temperatūrų skirtumo vertė W/m 2. (Šios vertės taikomos verdančio vandens sąlygoms, kai laisvai juda dideliais kiekiais. Kitoms sąlygoms ir kitiems skysčiams reikšmės skirsis).

Esant didesniam Δ t ateina pereinamasis režimas virimas (3.1 pav., b). Pasižymi tuo, kad tiek ant paties šildymo paviršiaus, tiek šalia jo burbuliukai nuolat susilieja vienas su kitu, susidaro didelės garų ertmės. Dėl šios priežasties skysčio patekimas į patį paviršių palaipsniui darosi vis sunkesnis. Tam tikrose paviršiaus vietose atsiranda „sausų“ dėmių; jų skaičius ir dydis nuolat didėja, kylant paviršiaus temperatūrai. Tokiose srityse šilumos mainai tarsi neįtraukiami, nes šilumos pašalinimas tiesiai į garus vyksta daug ne taip intensyviai. Tai lemia staigų šilumos srauto sumažėjimą (3.2 pav. 3 skyrius) ir šilumos perdavimo koeficientą pereinamojo virimo režimo srityje.

Galiausiai, esant tam tikram temperatūros kritimui, visas šildymo paviršius padengiamas ištisine garų plėvele, stumiančia skystį nuo paviršiaus. Nuo šiol tai vyksta filmo režimas virimas (3.1 pav., V). Šiuo atveju šilumos perdavimas iš šildymo paviršiaus į skystį atliekamas konvekciniu šilumos mainu ir spinduliavimu per garų plėvelę. Šilumos perdavimo intensyvumas plėvelės virimo režimu yra gana mažas (3.2 pav. 4 skyrius). Garų plėvelė pulsuoja; jame periodiškai besikaupiantys garai nutrūksta didelių burbuliukų pavidalu. Plėvelės virimo momentu nuo paviršiaus pašalinama šiluminė apkrova ir atitinkamai susidarančių garų kiekis yra minimalus. Tai atitinka pav. 3,2 taško q 2 kr, paskambino antrasis kritinis šilumos srauto tankis. Esant atmosferos slėgiui vandeniui, plėvelės virimo pradžios momentas apibūdinamas ≈150 °C temperatūros skirtumu, t.y. paviršiaus temperatūra t c yra maždaug 250°C. Didėjant temperatūrų skirtumui, dėl šilumos mainų radiacijos būdu perduodama vis daugiau šilumos.

Visi trys virimo režimai gali būti stebimi atvirkštine tvarka, jei, pavyzdžiui, įkaitęs masyvus metalo gaminys panardinamas į vandenį gesinti. Vanduo užverda, iš pradžių kūno vėsinimas vyksta santykinai lėtai (plėvelės virimas), vėliau aušinimo greitis greitai didėja (perėjimo režimas), vanduo pradeda periodiškai drėkinti paviršių, o didžiausias paviršiaus temperatūros mažėjimo greitis pasiekiamas paskutinė aušinimo stadija (branduolių virimas). Šiame pavyzdyje virimas laikui bėgant vyksta nepastoviomis sąlygomis.

Fig. 3.3 paveiksle parodytas burbulų ir plėvelės virimo režimų vizualizacija ant elektra šildomo laido vandenyje.

ryžių. 3.3 burbulo ir plėvelės virimo režimų vizualizavimas ant elektra šildomo laido: a) - burbulinis ir b) plėvelės virimo režimas.

Praktikoje taip pat dažnai susiduriama su sąlygomis, kai į paviršių tiekiamas pastovus šilumos srautas, t.y. q= konst. Tai būdinga, pavyzdžiui, šiluminiams elektriniams šildytuvams, branduolinių reaktorių kuro elementams ir, apytiksliai, kai paviršius šildomas spinduliuojant iš labai aukštos temperatūros šaltinių. Esant sąlygoms q= pastovi paviršiaus temperatūra t c ir atitinkamai temperatūrų skirtumas Δ t priklauso nuo skysčio virimo režimo. Pasirodo, tokiomis šilumos tiekimo sąlygomis pereinamasis režimas negali egzistuoti stacionariai. Dėl to virimo procesas įgauna nemažai svarbių savybių. Palaipsniui didėjant šiluminei apkrovai q temperatūros skirtumas Δ t didėja pagal branduolio virimo režimo liniją Fig. 3.2, o procesas vystosi taip pat, kaip aprašyta aukščiau. Naujos sąlygos atsiranda, kai tiekiamas šilumos srauto tankis pasiekia reikšmę, atitinkančią pirmąjį kritinį šilumos srauto tankį q cr1. Dabar, esant bet kokiam nedideliam (net netyčia) vertės padidėjimui q yra perteklius tarp tiekiamos į paviršių šilumos kiekio ir tos maksimalios šiluminės apkrovos q kr1, kurį galima ištraukti į verdantį skystį. Šis perteklius ( q-q cr1) sukelia paviršiaus temperatūros padidėjimą, t.y. prasideda nestacionarus sienos medžiagos šildymas. Proceso raida įgauna krizinį pobūdį. Per sekundės dalį kaitinimo paviršiaus medžiagos temperatūra pakyla šimtais laipsnių ir tik esant pakankamai ugniai atspari siena, krizė laimingai baigiasi nauja stacionaria būsena, atitinkančia plėvelės virimo sritį labai aukštame paviršiuje. temperatūros. Fig. 3.2 šis krizinis perėjimas iš virimo branduolyje režimo į plėvelės virimo režimą paprastai rodomas rodykle kaip „šuolis“ iš branduolio virimo kreivės į plėvelės virimo liniją esant tokiai pačiai šiluminei apkrovai. q cr1. Tačiau tai dažniausiai lydi kaitinimo paviršiaus tirpimas ir sunaikinimas (perdegimas).

Antrasis bruožas yra tas, kad jei įvyksta krizė ir nustatomas plėvelės virimo režimas (neardomas paviršius), tada sumažėjus terminei apkrovai plėvelės virimas bus palaikomas, t. y. dabar palei plėvelę vyks atvirkštinis procesas. virimo linija (3.2 pav.). Tik pasiekus q kr2 skystis vėl prasideda atskiruose taškuose, kad periodiškai pasiektų (šlapintų) kaitinimo paviršių. Šilumos pašalinimas padidina ir viršija šilumos tiekimą, todėl paviršius greitai atšaldomas, o tai taip pat yra krizinio pobūdžio. Greitai keičiasi režimai, nustatomas stacionarus branduolių virimas. Šis atvirkštinis perėjimas (antroji krizė) Fig. 3.2 taip pat įprastai rodomas rodykle kaip „šuolis“ nuo plėvelės virimo kreivės iki branduolio virimo linijos ties q = q cr2.

Taigi, esant fiksuotai šilumos srauto tankio vertei q, tiekiamas į šildymo paviršių, tiek perėjimai iš burbulo į plėvelę ir atvirkščiai yra krizinio pobūdžio. Jie atsiranda esant kritiniam šilumos srauto tankiui q 1 kr ir q atitinkamai 2 kr. Tokiomis sąlygomis pereinamasis virimo režimas negali egzistuoti pastoviai, jis yra nestabilus.

Praktikoje plačiai naudojami įvairių formų vamzdžių ar kanalų viduje judančio skysčio šilumos pašalinimo būdai verdant. Taigi, garo gamybos procesai vyksta dėl vandens virimo, judančio katilo vamzdžių viduje. Šiluma į vamzdžių paviršių tiekiama iš karštų kuro degimo produktų dėl radiacijos ir konvekcinės šilumos mainų.

Skysčio, judančio ribotame vamzdžio (kanalo) tūryje, virimo procesui galioja aukščiau aprašytos sąlygos, tačiau tuo pat metu atsiranda nemažai naujų savybių.

Vertikalus vamzdis. Vamzdis arba kanalas yra ribota sistema, kurioje, judant verdančiam skysčiui, nuolat didėja garų fazė ir mažėja skysčio fazė. Atitinkamai keičiasi srauto hidrodinaminė struktūra tiek vamzdžio ilgiu, tiek skerspjūviu. Atitinkamai keičiasi ir šilumos perdavimas.

Yra trys pagrindinės sritys su skirtinga skysčio srauto struktūra išilgai vertikalaus vamzdžio, kai srautas juda iš apačios į viršų (3.4 pav.): aš– šildymo plotas (ekonomaizerio sekcija, iki vamzdžio sekcijos, kur T s = T n); II– virimo sritis (garavimo sekcija, nuo sekcijos, kur T s = T n, i<i n, į skyrių, kuriame T s = T n, i cm→i n); III– vieta, kurioje džiūsta drėgni garai.

Garinimo sekcija apima sritis, kuriose paviršius verda prisotintas skystis.

Fig. 3.4 schematiškai pavaizduota tokio srauto struktūra. 1 sekcija atitinka vienfazio skysčio kaitinimą iki prisotinimo temperatūros (ekonomaizerio sekcija). 2 skyriuje vyksta paviršinio branduolio virimas, kurio metu šilumos perdavimas padidėja, palyginti su 2 skyriumi. 3 skyriuje vyksta emulsijos režimas, kai dviejų fazių srautas susideda iš skysčio ir santykinai mažų burbuliukų, tolygiai paskirstytų jame, kurie vėliau. susilieja, kad susidarytų dideli burbuliukai – vamzdžio skersmenį atitinkantys kamščiai. Kištuko režimu (4 skyrius) garai juda atskirų didelių kamščių burbuliukų, atskirtų garų-skysčio emulsijos sluoksniais, pavidalu. Be to, 5 skyriuje drėgni garai juda kaip ištisinė masė srauto šerdyje, o plonas žiedinis skysčio sluoksnis juda ties vamzdžio sienele. Šio skysčio sluoksnio storis palaipsniui mažėja. Ši sekcija atitinka žiedinį virimo režimą, kuris baigiasi skysčiui dingus iš sienos. 6 skyriuje garai džiovinami (didinant garų sausumo laipsnį). Kai virimo procesas baigtas, šilumos perdavimas mažėja. Vėliau, padidėjus specifiniam garų tūriui, garo greitis didėja, todėl šiek tiek padidėja šilumos perdavimas.

3.4 pav. – Srauto struktūra, kai skystis verda vertikaliame vamzdyje

Apyvartos greičio padidėjimas duotoje vietoje q su, vamzdžio ilgis ir įleidimo temperatūra sumažina plotus, kuriuose išsivysto virimas, ir padidina ekonomaizerio sekcijos ilgį; su padidėjimu q su esant tam tikram greičiui, priešingai, sekcijų su išvystytu virimu ilgis didėja, o ekonomaizerio sekcijos ilgis mažėja.

Horizontalūs ir pasvirę vamzdžiai. Kai dviejų fazių srautas juda vamzdžių viduje, esančiuose horizontaliai arba su nedideliu nuolydžiu, be srauto struktūros pokyčių išilgai ilgio, labai pasikeičia konstrukcija išilgai vamzdžio perimetro. Taigi, jei cirkuliacijos greitis ir garų kiekis sraute yra mažas, stebimas dviejų fazių srauto atskyrimas į skystąją fazę, judančią apatinėje vamzdžio dalyje, o garo fazę, judančią viršutinėje jo dalyje (1 pav. 3.5, A). Toliau didėjant garų kiekiui ir cirkuliacijos greičiui, sąsaja tarp garų ir skysčio fazių įgauna banginį pobūdį, o skystis periodiškai sudrėkina viršutinę vamzdžio dalį bangų keteromis. Toliau didėjant garų kiekiui ir greičiui, bangos judėjimas sąsajoje sustiprėja, o tai lemia dalinį skysčio išmetimą į garų sritį. Dėl to dviejų fazių srautas įgauna srauto pobūdį, pirmiausia artimas kamščiui, o paskui žiediniam.

Ryžiai. 3.5 – Srauto struktūra, kai skystis verda horizontaliame vamzdyje.

A– stratifikuotas virimo režimas; b– meškerės režimas; 1 - garai; 2 – skystas.

Žiediniu režimu per visą vamzdžio perimetrą nustatomas plono skysčio sluoksnio judėjimas, o srauto šerdyje juda garų ir skysčių mišinys (3.5 pav. b). Tačiau šiuo atveju nepastebima visiška ašinė simetrija srauto struktūroje.

jei šilumos tiekimo į vamzdžio sieneles intensyvumas yra pakankamai didelis, tai virimo procesas gali vykti ir tekant vamzdyje, kuris nėra įkaitintas iki skysčio prisotinimo temperatūros.Šis procesas vyksta, kai sienelės temperatūra t c viršija prisotinimo temperatūrą ts. jis dengia ribinį skysčio sluoksnį tiesiai prie sienos. Į šaltą srauto šerdį patekę garų burbuliukai greitai kondensuojasi. Šis virimo būdas vadinamas verdant su perkaitinimu.

Šilumos šalinimas branduolinio virimo režimu yra vienas iš pažangiausių šildymo paviršiaus aušinimo būdų. Jis plačiai naudojamas techniniuose įrenginiuose.

3.1.2. Šilumos perdavimas branduolio virimo metu.

Stebėjimai rodo, kad didėjant temperatūrai slėgis Δ t = t c-ts, taip pat spaudimas R didėja aktyvių garavimo centrų skaičius ant šildymo paviršiaus. Dėl to nuolat atsiranda, auga ir atitrūksta nuo šildymo paviršiaus burbuliukų. Dėl to padidėja šalia sienos esančio skysčio sluoksnio turbulizacija ir maišymasis. Augdami ant kaitinimo paviršiaus burbuliukai taip pat intensyviai sugeria šilumą iš ribinio sluoksnio. Visa tai padeda pagerinti šilumos perdavimą. Apskritai branduolio virimo procesas yra gana chaotiškas.

Tyrimai rodo, kad ant techninio šildymo paviršių garavimo centrų skaičius priklauso nuo paviršiaus medžiagos, struktūros ir mikrošiurkštumo, paviršiaus sudėties nevienalytiškumo ir ant paviršiaus adsorbuotų dujų (oro). Įvairios nuosėdos, oksido plėvelės, taip pat bet kokie kiti intarpai turi pastebimą poveikį.

Stebėjimai rodo, kad realiomis sąlygomis garavimo centrai dažniausiai yra atskiri paviršiaus šiurkštumo ir mikrošiurkštumo elementai (geriausia įvairios įdubos ir įdubimai).

Paprastai ant naujų paviršių garinimo centrų skaičius yra didesnis nei ant tų pačių paviršių po ilgo virimo. Taip yra daugiausia dėl to, kad paviršiuje yra adsorbuotų dujų. Laikui bėgant dujos pamažu pašalinamos, augančiuose burbuliukuose susimaišo su garais ir nunešamos į garų erdvę. Virimo procesas ir šilumos perdavimas stabilizuojasi laike ir intensyvumu.

Garų burbuliukų susidarymo sąlygoms didelę įtaką turi paviršiaus įtempimas skysčio ir garų sąsajoje.

Dėl paviršiaus įtempimo, garų slėgis burbulo viduje R n didesnis nei aplinkinio skysčio slėgis R ir. Jų skirtumas nustatomas pagal Laplaso lygtį

čia σ – paviršiaus įtempis; R- burbulo spindulys.

Laplaso lygtis išreiškia mechaninės pusiausvyros sąlygą. Tai rodo, kad paviršiaus įtempimas, kaip elastingas apvalkalas, „suspaudžia“ garus burbule, ir kuo mažesnis jo spindulys, tuo jis stipresnis. R.

Garų slėgio burbule priklausomybė nuo jo dydžio lemia ypatingus mažų burbuliukų šiluminės ar termodinaminės pusiausvyros ypatumus. Garai burbule ir skystis ant jo paviršiaus yra pusiausvyroje, jei skysčio paviršiaus temperatūra yra lygi soties temperatūrai esant garų slėgiui burbule, t s ( R P). Ši temperatūra yra aukštesnė už soties temperatūrą esant išoriniam skysčio slėgiui t s ( R ir). Todėl, norint pasiekti šiluminę pusiausvyrą, skystis aplink burbulą turi būti tam tikru kiekiu perkaitintas t s ( R P)- t s ( R ir).

Kitas bruožas yra tas, kad ši pusiausvyra yra tokia nestabilus. Jei skysčio temperatūra šiek tiek viršija pusiausvyros vertę, dalis skysčio išgaruos į burbuliukus ir padidės jo spindulys. Šiuo atveju, pagal Laplaso lygtį, garų slėgis burbule sumažės. Tai sukels naują nukrypimą nuo pusiausvyros būsenos. Burbulas pradės augti be apribojimų. Be to, šiek tiek sumažėjus skysčio temperatūrai, dalis garų kondensuosis, burbulo dydis sumažės, o garų slėgis jame padidės. Tai lems tolesnį nukrypimą nuo pusiausvyros sąlygų, dabar kita kryptimi. Dėl to burbulas visiškai kondensuosis ir išnyks.

Vadinasi, perkaitintame skystyje ne bet kokie atsitiktinai susidarę maži burbuliukai turi galimybę toliau augti, o tik tie, kurių spindulys viršija vertę, atitinkančią aukščiau aptartas nestabilios mechaninės ir šiluminės pusiausvyros sąlygas. Tai minimali vertė

kai darinys yra tam tikros medžiagos fizinė charakteristika, ji nustatoma pagal Clapeyron-Clausis lygtį

y., ji išreiškiama per kitas fizikines konstantas: fazinio virsmo šilumą r, garų tankis ρ p ir skysčių ρ ir absoliučios soties temperatūrą T s.

(3-2) lygtis rodo, kad jei atskiruose kaitinimo paviršiaus taškuose atsiranda garų branduoliai, tai tik tie, kurių kreivio spindulys viršija reikšmę Rmin. Kadangi didėjant Δ t dydžio Rmin mažėja, paaiškina (3-2) lygtis

eksperimentiškai pastebėtas garavimo centrų skaičiaus padidėjimo faktas didėjant paviršiaus temperatūrai.

Garinimo centrų skaičiaus padidėjimas didėjant slėgiui taip pat yra susijęs su sumažėjimu Rmin, nes didėjant slėgiui reikšmė p's auga ir σ mažėja. Skaičiavimai rodo, kad esant atmosferos slėgiui verdančiam vandeniui, esant Δ t= 5°C Rmin= 6,7 µm, o esant Δ t= 25°С Rmin= 1,3 µm.

Stebėjimai, atlikti naudojant greitaeigį filmavimą, rodo, kad esant pastoviam virimo režimui, garų burbuliukų susidarymo dažnis skirtinguose paviršiaus taškuose ir laikui bėgant nėra vienodas. Tai suteikia virimo procesui sudėtingą statistinį pobūdį. Atitinkamai, įvairių burbulų augimo greitis ir atsiskyrimo dydžiai taip pat pasižymi atsitiktiniais nuokrypiais apie tam tikras vidutines vertes.

Kai burbulas pasiekia tam tikrą dydį, jis atitrūksta nuo paviršiaus. Nuplėšiamas dydis daugiausia lemia gravitacijos, paviršiaus įtempimo ir inercijos sąveika. Pastaroji reikšmė reiškia dinaminę reakciją, kuri vyksta skystyje dėl spartaus burbuliukų dydžio augimo. Ši jėga paprastai neleidžia burbulams nutrūkti. Be to, burbuliukų susidarymo ir atsiskyrimo pobūdis labai priklauso nuo to, ar skystis sudrėkina paviršių, ar jo nesudrėkina. Skysčio drėkinimo savybė apibūdinama sąlyčio kampu θ, kuris susidaro tarp sienelės ir laisvojo skysčio paviršiaus. Kuo didesnis θ, tuo blogesnis skysčio gebėjimas drėkinti. Visuotinai pripažįstama, kad θ<90° (рис. 3.6, A), skystis sudrėkina paviršių, bet esant θ >90° – ne. Kontaktinio kampo vertė priklauso nuo skysčio pobūdžio, medžiagos, paviršiaus būklės ir švarumo. Jei verdantis skystis sudrėkina kaitinimo paviršių, tai garų burbuliukai turi ploną stiebą ir lengvai nukrenta nuo paviršiaus (3.7 pav., A). Jei skystis nesudrėkina paviršiaus, tai garų burbuliukai turi platų stiebą (3.7 pav., b) ir nulipti išilgai sąsmaukos, arba garavimas vyksta visame paviršiuje.

Viskas, kas mus supa kasdieniame gyvenime, gali būti pavaizduota fizinių ir cheminių procesų pavidalu. Mes nuolat atliekame daug manipuliacijų, kurios išreiškiamos formulėmis ir lygtimis, to net nežinodami. Vienas iš tokių procesų yra virimas. Tai reiškinys, kurį gamindamos naudoja absoliučiai visos namų šeimininkės. Mums tai atrodo visiškai įprasta. Tačiau pažvelkime į virimo procesą moksliniu požiūriu.

Virimas - kas tai?

Jau nuo mokyklos fizikos buvo žinoma, kad medžiaga gali būti skystos ir dujinės būsenos. Skysčio pavertimo garų būsena procesas yra verdantis. Tai atsitinka tik tada, kai pasiekiama arba viršijama tam tikra temperatūra. Šiame procese taip pat dalyvauja spaudimas, į kurį reikia atsižvelgti. Kiekvienas skystis turi savo virimo temperatūrą, kuri sukelia garų susidarymo procesą.

Tai yra reikšmingas skirtumas tarp virimo ir garavimo, kuris vyksta bet kurioje skysčio temperatūroje.

Kaip atsiranda virimas?

Jei kada nors virėte vandenį stikliniame inde, pastebėjote, kad skysčiui įkaitus ant indo sienelių susidaro burbuliukai. Jie susidaro dėl to, kad indų mikroplyšiuose kaupiasi oras, kuris kaitinant pradeda plėstis. Burbulai susideda iš skystų garų, veikiamų slėgio. Šios poros vadinamos prisotintomis. Kai skystis įkaista, oro burbuliukų slėgis didėja ir jų dydis didėja. Natūralu, kad jie pradeda kilti į viršų.

Bet jei skystis dar nepasiekė virimo temperatūros, tada viršutiniuose sluoksniuose esantys burbuliukai atvėsina, sumažėja slėgis ir jie patenka į indo dugną, kur vėl įkaista ir kyla aukštyn. Šis procesas yra žinomas kiekvienai namų šeimininkei, atrodo, kad vanduo pradeda kelti triukšmą. Kai tik lyginama viršutiniame ir apatiniame sluoksnių skysčio temperatūra, burbuliukai pradeda kilti į paviršių ir sprogsta – įvyksta virimas. Tai įmanoma tik tada, kai slėgis burbuliukų viduje tampa toks pat kaip ir paties skysčio slėgis.

Kaip jau minėjome, kiekvienas skystis turi savo temperatūros režimą, kuriame prasideda virimo procesas. Be to, viso proceso metu medžiagos temperatūra nesikeičia, visa išsiskirianti energija išleidžiama garinimui. Štai kodėl neatsargių šeimininkių puodai perdega – visas jų turinys išverda ir pats indas pradeda kaisti.

Virimo temperatūra yra tiesiogiai proporcinga slėgiui, kuris veikia visą skystį, tiksliau, jo paviršių. Mokyklos fizikos kurse teigiama, kad vanduo pradeda virti šimto laipsnių Celsijaus temperatūroje. Tačiau mažai žmonių prisimena, kad šis teiginys yra teisingas tik esant normaliam slėgio sąlygoms. Standartine verte laikoma šimtas vienas kilopaskalis. Jei padidinsite slėgį, skystis užvirs kitoje temperatūroje.

Šią fizinę savybę naudoja šiuolaikinės buitinės technikos gamintojai. Pavyzdys būtų greitpuodis. Visos namų šeimininkės žino, kad tokiuose prietaisuose maistas iškepamas daug greičiau nei įprastose keptuvėse. Su kuo tai susiję? Su slėgiu, kuris susidaro greitpuodyje. Tai dvigubai viršija normą. Todėl vanduo užverda maždaug šimto dvidešimties laipsnių Celsijaus temperatūroje.

Jei kada nors buvote kalnuose, pastebėjote priešingą procesą. Aukštyje vanduo pradeda virti devyniasdešimties laipsnių temperatūroje, o tai labai apsunkina gaminimo procesą. Vietos gyventojai ir visą savo laisvalaikį kalnuose praleidžiantys alpinistai puikiai žino šiuos sunkumus.

Šiek tiek daugiau apie virimą

Daugelis žmonių yra girdėję tokį posakį kaip „virimo taškas“ ir tikriausiai nustebo, kad mes to nepaminėjome straipsnyje. Tiesą sakant, mes tai jau aprašėme. Neskubėkite dar kartą skaityti teksto. Faktas yra tas, kad fizikoje virimo proceso taškas ir temperatūra laikomi identiškais.

Mokslo pasaulyje atskyrimas pagal šią terminiją atliekamas tik maišant skirtingas skystas medžiagas. Esant tokiai situacijai, nustatoma virimo temperatūra ir pati mažiausia iš visų galimų. Būtent tai laikoma norma visiems mišinio komponentams.

Vanduo: įdomūs faktai apie fizikinius procesus

Laboratoriniuose eksperimentuose fizikai visada ima skystį be priemaišų ir sukuria absoliučiai idealias išorines sąlygas. Tačiau gyvenime viskas nutinka kiek kitaip, nes dažnai į vandenį įberiame druskos arba dedame įvairių prieskonių. Kokia šiuo atveju bus virimo temperatūra?

Sūdytam vandeniui virti reikia aukštesnės temperatūros nei gėlam vandeniui. Taip yra dėl natrio ir chloro priemaišų. Jų molekulės susiduria viena su kita, o joms įkaitinti reikia daug aukštesnės temperatūros. Yra tam tikra formulė, leidžianti apskaičiuoti sūraus vandens virimo temperatūrą. Atkreipkite dėmesį, kad šešiasdešimt gramų druskos litre vandens padidina virimo temperatūrą dešimčia laipsnių.

Ar gali vanduo virti vakuume? Mokslininkai įrodė, kad tai gali. Tačiau virimo temperatūra šiuo atveju turėtų siekti trijų šimtų laipsnių Celsijaus ribą. Juk vakuume slėgis yra tik keturi kilopaskaliai.

Mes visi verdame vandenį virdulyje, todėl mums pažįstamas toks nemalonus reiškinys kaip „mastas“. Kas tai yra ir kodėl jis susidaro? Tiesą sakant, viskas paprasta: gėlas vanduo turi skirtingą kietumo laipsnį. Jį lemia priemaišų kiekis skystyje, dažniausiai jame yra įvairių druskų. Virimo metu jie virsta nuosėdomis ir dideliais kiekiais virsta nuosėdomis.

Ar alkoholis gali užvirti?

Alkoholio virimas naudojamas moonshine alaus procese ir vadinamas distiliavimu. Šis procesas tiesiogiai priklauso nuo vandens kiekio alkoholio tirpale. Jei imsime gryną etilo alkoholį, tada jo virimo temperatūra bus artima septyniasdešimt aštuoniems laipsniams Celsijaus.

Jei į alkoholį įpilate vandens, skysčio virimo temperatūra pakyla. Priklausomai nuo tirpalo koncentracijos, jis užvirs nuo septyniasdešimt aštuonių laipsnių iki šimto laipsnių Celsijaus. Natūralu, kad virimo metu alkoholis virsta garais per trumpesnį laiko tarpą nei vanduo.

Jie plūduriuoja, o juose esantis turinys yra prisotintas. garai pereina į garų fazę virš skysčio. Virimas yra vienas iš pamatų. fizinis reiškiniai, vartojami daugiskaita. cheminiai procesai technologijas. Pastarųjų ypatumas yra plačiai paplitęs įvairių tipų tirpalų ir mišinių naudojimas. medžiagos kaip darbo organai. Didelę įtaką turi sudėtinga verdančių grynų skysčių ir tirpalų termohidrodinamika įtakos projektams ir bendriems technologijos matmenims. prietaisai. Darbas, skirtas padidinti sferos tūrį ir paviršiaus energiją. burbulas, kurio spindulys R, nustatomas pagal šią formulę: L 0 =-(4/3) p R 3 D p+4 p L 2 s, kur D p – slėgio skirtumas burbule ir aplinkiniame skystyje, Pa; ir koeficientas paviršiaus įtempis, N/m. Minimumas atsirandančio garo burbulo (branduolių) spindulys R min = 2T kip s/, kur r n - garo tankis, kg/m3; r yra garavimo šiluma, J/kg (Tf ir Tbp paaiškinti toliau). Vietos, kuriose atsiranda garų fazės branduoliai, gali būti dujiniai intarpai, kietosios dalelės skystyje, mikrodepresijos ant kaitinimo paviršių ir kt. Darbas, reikalingas norint suformuoti garų „dėmę“ ant sienos ir garų ir skysčio sąsają: L=L 0 (0,5+0,75 cos Q – 0,25 cos 3 Q ), kur Q - drėkinimo kontaktinis kampas. At K =180° darbas L=0, t.y. į abs. Ant sudrėkinto paviršiaus, kaip ir didžiojoje skysčio dalyje, susidaro sferinis burbulas. Mažėjant slėgiui, garų tankis mažėja, o minimumas didėja. branduolių susidarymo spindulys, kaitinimo paviršiuje išeikvoti garų burbuliukų susidarymo centrai. Tai veda prie nestabilaus virimo, kurio metu vyksta konvekcinis perkaitinto skysčio judėjimas, po kurio vienas ar keli inicijuoja stiprų virimą. tinkamo spindulio mikroertmes. Sumažėjus temperatūrai skysčiui verdant, šios mikrodepresijos „išsijungia“, o konvekciškai judančio skysčio perkaitimo ciklas kartojasi dar kartą. T-ra, kai skystis verda esant pastoviam slėgiui (pavyzdžiui, atmosferiniam), vadinamas. virimo temperatūra (T virimo). Prisotinimo temperatūra laikoma T rulonu. garai (sotumo taškas) virš plokščio skysčio paviršiaus, verdančio tam tikru slėgiu. Virimo temperatūra atm. slėgis paprastai nurodomas kaip vienas pagrindinių. Phys.-Chem. chemiškai grynos medžiagos savybės. Didėjant slėgiui, T bp didėja (žr. Clapeyron – Clausius lygtį). Ribinė T kip – kritinė. t-ra in-va (žr. Kritiniai reiškiniai). Virimo temperatūros mažinimas mažinant išorinę temperatūrą slėgis yra barometrinio apibrėžimo pagrindas. spaudimas Yra tūrinis ir paviršinis virimas. Tūrinis virimas – tai garų burbuliukų susidarymas skysčio masėje, kuri yra perkaitintoje arba metastabilioje būsenoje, kai Tf > T virimas, kur Tf yra perkaitinto skysčio temperatūra. Šis virimas realizuojamas vadinamajame. tūriniai virimo prietaisai, veiksmingi agresyviems skysčiams, ypač distiliavimo gamyklų skysčiams soda gamyboje, neutralizuoti ir šalinti. Paviršinis virinimas-garinimas ant kaitinimo paviršiaus, kurio temperatūra T n >T virimo. Toks virinimas galimas ir tuo atveju, kai temperatūra yra bazinė. skysčio masė T<Т кип, но в окрестности пов-сти нагрева образовался пограничный слой, перегретый до т-ры, превышающей Т кип. Осн. виды поверхностного кипения - пузырьковое и пленочное. Burbuliukų virimas vyksta esant vidutiniam šilumos srautui ant skysčiu sudrėkinto paviršiaus mikrodepresijų. Garai susidaro aktyviuose garinimo centruose burbuliukų grandinių pavidalu. Dėl skysčio cirkuliacijos, tiesiogiai besiliečiančio su šildymo paviršiumi, užtikrinamas didelis šilumos perdavimo intensyvumas – šiuo atveju koeficientas. šilumos perdavimas a [W/(m 2 . K)] yra proporcingas šilumos srauto tankiui q(W/m2) ~0,7 galiai. Plėvelės virimas vyksta ant nešlapių kaitinimo paviršių (pavyzdžiui, verdant stikliniame vamzdyje); ant sudrėkintų paviršių branduolių virimas virsta plėvele (pirmoji virimo krizė), kai pasiekiamas pirmasis kritinis taškas. šilumos srauto tankis q cr,1. Šilumos perdavimo intensyvumas plėvelės virimo metu yra žymiai mažesnis nei virinant branduolį, o tai yra dėl mažų koeficiento verčių. šilumos laidumas l [W/(m. K)] ir garų tankis, palyginti su jų skysčio vertėmis. Su laminariniu garų judėjimu plėvelėje a ~q -O.25, esant turbulenciniam judėjimui, šilumos perdavimo intensyvumas mažai priklauso nuo šilumos srauto tankio ir šildytuvo dydžio. Padidėjęs slėgis padidina a abiem atvejais. Plėvelės virimo sunaikinimas ir branduolio virimo atstatymas (antroji virimo krizė) ant sudrėkintų paviršių įvyksta antrame kritiniame taške. šilumos srauto tankis q cr,2[ q kr.1 (1 pav.). Virimo krizės nustatomos pirmiausia. hidrodinaminis prie sienos esančio dvifazio ribinio sluoksnio struktūros stabilumo praradimo mechanizmas. Hidrodinaminis kriterijus virimo stabilumas turi formą: , kur Dr skysčio ir garų tankių skirtumas. Iš pradžių apytiksliai, kai verdant dideliame tūryje sat. vienalytis mažo klampumo skystis k=const (vandeniui, alkoholiui ir daugeliui kitų terpių k~0,14-0,16). Skystas, bazinis pjūvio masė perkaitinama iki virimo taško kiekiu v = T boil -T l, parametras q kp ~q kr, 10 (l + 0,1 ar p -0,75 K -1),

Ryžiai. 1. Šilumos srauto tankio priklausomybė nuo temperatūrų skirtumo

D T=T ir -T užverda, kai verda dideliame kiekyje laisvai konvekuojančio skysčio: 1 - burbulinis režimas; 2 - pereinamasis režimas, pasižymintis burbulų struktūros pasikeitimu kaitinimo paviršiuje ištisiniu garų sluoksniu (plėvele), nuo kurio išsiskiria dideli garų burbuliukai; 3 - plėvelės režimas, kai spinduliuotės šilumos perdavimas taip pat vyksta iš šildymo paviršiaus į skystį per garų sluoksnį; tiesi linija apibūdina trečiąją virimo krizę. čia qcr,10 yra šilumos srauto tankis, kai v = 0, r p - garų ir skysčio tankių santykis, K=r/C p v - fazinio virsmo terminis kriterijus, C p - skysčio masės šiluminė talpa, JDkg. Į). Esant žemam slėgiui, galima trečioji virimo krizė tiesioginio perėjimo nuo konvekcinio skysčio judėjimo režimo prie išvystytos plėvelės virimo. Šis perėjimas turi grandinės kavitacijos mechanizmą ir realizuojamas, kai temperatūros skirtumai kaitinimo ir virimo paviršiuje atitinka sąlygą: kur l f ir r f - resp. perkaitinto skysčio šilumos laidumas ir tankis, g – laisvas pagreitis. patenka. Ketvirtoji virimo krizė siejama su termodinamikos atsiradimu. skystosios fazės nestabilumas pasiekus tam tikrą kritinį lygį. šildymo paviršius. Kritinis Šilumos srautų tankis verdant kanaluose labai priklauso nuo jų formų ir dydžių, skysčio tekėjimo greičio ir srauto garų kiekio. Universalūs modeliai čia dar nenustatyti. Kai laisva Kai skystis pasklinda karštu paviršiumi, vadinamasis sferoidinė būsena - skystis kabo virš šildymo paviršiaus veikiamas dinamikos. susidarančių garų varža (2 pav.). Tam tikro pradinio skysčio tūrio visiško išgaravimo laikas nustatomas pagal šildytuvo tipą.

Ryžiai. 2. Skysčio garavimo formos, laisvai pasklindančios per karštą paviršių: ir laše, kuris sudrėkina nelabai įkaitusį paviršių, vyksta branduolių virimas; b sienos temperatūra pakilo, o lašas įgauna sferinę formą; c, kylant šildymo paviršiaus temperatūrai, lašas pakimba garų sluoksnyje; d - didėjant tūriui, lašas įgauna plokščio sferoido formą; Garų sluoksnyje pakabintas didelis sferoidas, iš kurio garai ištraukiami kupolo formos burbulais.

Technologijoje. procesuose naudojamas abiejų tipų paviršinis virimas. Pavyzdžiui, plėvelės virimas vyksta skysto metalo kietėjimo metu. Produktai. Šilumokaičiai su priverstiniu, nurodytu šilumos srautu (išleidžiant Džaulio šilumą, spontaniško branduolinio kuro skilimo šilumą, garo generatoriuose ir kt.) projektuojami remiantis aušinimo skysčio virimo burbuliniu režimu. Plėvelės virimo atsiradimas, pvz. kai atleidžiamas slėgis, tai gali sukelti avariją. Verdančių tirpalų ir grynų skysčių termohidrodinamika labai skiriasi. Taigi tam tikriems tirpalams ir emulsijoms tai labai svarbu. šilumos srauto tankis priklauso nuo

Virimas – tai medžiagos perėjimo iš skystos į dujinę būsenos procesas (garinimas skystyje). Virimas nėra garinimas: skiriasi tuo, kas gali nutikti tik esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai.

Virimas – vandens pašildymas iki virimo temperatūros.

Vandens virimas yra sudėtingas procesas, vykstantis keturi etapai. Apsvarstykite verdančio vandens atvirame stikliniame inde pavyzdį.

Pirmajame etape Vandeniui užvirus, indo dugne atsiranda nedideli oro burbuliukai, kuriuos galima matyti ir vandens paviršiuje šonuose.

Šie burbuliukai susidaro išsiplėtus mažiems oro burbuliukams, kurie randami mažuose indo plyšiuose.

Antrame etape pastebimas burbuliukų tūrio padidėjimas: vis daugiau oro burbuliukų veržiasi į paviršių. Burbuliukų viduje yra sočiųjų garų.

Kylant temperatūrai, sočiųjų burbuliukų slėgis didėja, todėl jų dydis didėja. Dėl to burbulus veikianti Archimedo jėga didėja.

Būtent šios jėgos dėka burbuliukai linksta į vandens paviršių. Jei viršutinis vandens sluoksnis nespėjo sušilti iki 100 laipsnių C(o tai yra gryno vandens be priemaišų virimo temperatūra), tada burbuliukai nugrimzta į karštesnius sluoksnius, po kurių vėl išskuba atgal į paviršių.

Dėl to, kad burbuliukai nuolat mažėja ir didėja, indo viduje kyla garso bangos, kurios sukuria virimui būdingą triukšmą.

Trečiajame etapeĮ vandens paviršių pakyla daugybė burbuliukų, kurie iš pradžių sukelia nedidelį vandens drumstumą, kuris vėliau „pasidaro blyškus“. Šis procesas netrunka ilgai ir vadinamas „baltuoju virimu“.

Pagaliau, ketvirtame etape Užvirus vanduo pradeda intensyviai virti, atsiranda dideli sprogstantys burbuliukai ir purslai (paprastai purslai reiškia, kad vanduo stipriai užvirė).

Iš vandens pradeda formuotis vandens garai, vanduo skleidžia specifinius garsus.

Kodėl sienos „žydi“, o langai „verkia“? Labai dažnai dėl to kalti statybininkai, nes neteisingai apskaičiavo rasos tašką. Perskaitykite straipsnį, kad sužinotumėte, koks svarbus šis fizinis reiškinys ir kaip atsikratyti perteklinės drėgmės namuose?

Kokios naudos tirpstantis vanduo gali duoti tiems, kurie nori sulieknėti? Sužinosite apie tai; pasirodo, kad galite numesti svorio be didelių pastangų!

Garų temperatūra, kai vanduo užverda ^

Garai yra dujinė vandens būsena. Kai garai patenka į orą, jie, kaip ir kitos dujos, daro jį tam tikrą slėgį.

Garų susidarymo metu garų ir vandens temperatūra išliks pastovi, kol visas vanduo išgaruos. Šis reiškinys paaiškinamas tuo, kad visa energija (temperatūra) nukreipiama į vandens pavertimą garais.

Tokiu atveju susidaro sausi sotieji garai. Tokiuose garuose nėra labai išsklaidytų skystosios fazės dalelių. Taip pat gali būti garai prisotintas šlapias ir perkaitintas.

Sotieji garai, kuriuose yra suspenduotų labai dispersinių skystosios fazės dalelių, kurios tolygiai pasiskirsto visoje garų masėje, vadinamos drėgni prisotinti garai.

Vandens virimo pradžioje susidaro kaip tik tokie garai, kurie vėliau virsta sausais sočiais garais. Garą, kurio temperatūra yra aukštesnė nei verdančio vandens, arba, tiksliau, perkaitintus garus, galima gauti tik naudojant specialią įrangą. Tokiu atveju toks garas savo savybėmis bus artimas dujoms.

Sūrus vandens virimo temperatūra^

Sūrio vandens virimo temperatūra yra aukštesnė už gėlo vandens virimo temperatūrą. Vadinasi sūrus vanduo užverda vėliau nei gėlas. Sūriame vandenyje yra Na+ ir Cl- jonų, kurie užima tam tikrą plotą tarp vandens molekulių.

Sūriame vandenyje vandens molekulės prisijungia prie druskos jonų procese, vadinamame hidratacija. Ryšys tarp vandens molekulių yra daug silpnesnis nei ryšys, susidarantis hidratacijos metu.

Todėl, kai gėlo vandens molekulės verda, garavimas vyksta greičiau.

Verdant vandenį su ištirpusia druska reikės daugiau energijos, kuri šiuo atveju yra temperatūra.

Kylant temperatūrai, sūriame vandenyje esančios molekulės juda greičiau, tačiau jų yra mažiau, todėl jos rečiau susiduria. Dėl to susidaro mažiau garų, kurių slėgis yra mažesnis nei gėlo vandens garų.

Kad slėgis sūriame vandenyje taptų didesnis už atmosferos slėgį ir prasidėtų virimo procesas, reikalinga aukštesnė temperatūra. Į 1 litrą vandens įpylus 60 gramų druskos, virimo temperatūra padidės 10 C.

Olegas

Ir čia jie padarė klaidą 3 dydžiais: „Savitinė vandens garavimo šiluma yra 2260 J/kg“. Teisingas kJ, t.y. 1000 kartų daugiau.

Nastya

Kas paaiškina aukštą vandens virimo temperatūrą?
Dėl ko vanduo verda aukštoje temperatūroje?

IamJiva

Perkaitinti garai – tai aukštesnės nei 100C temperatūros garai (na, jei esate ne kalnuose ar vakuume, o normaliomis sąlygomis), jie gaunami leidžiant garus per karštus vamzdelius arba, paprasčiau, iš verdančio druskos tirpalo. arba šarmas (pavojingas - šarmas stipresnis už Na2CO3 (pvz. kalis - K2CO3 kodėl NaOH likučiai akims tampa nepavojingi per dieną ar dvi, skirtingai nei ore gazuoti KOH likučiai) muilina akis, nepamirškite dėvėti plaukimo akinių! ), bet tokie tirpalai verda pliūpsniais, reikia verdančių puodų ir plonu sluoksniu ant dugno, verdant galima įpilti vandens, tik išverda.
Taigi iš verdančio sūraus vandens galima gauti apie 110C temperatūros garus, ne prastesnius už tokius pat iš karšto 110C vamzdžio, tai garuose tik vanduo ir yra šildomas, nepamena kaip, bet turi „galios rezervą “ 10C, palyginti su garais iš gėlo vandens virdulio.
Galima vadinti sausu, nes... šildantis (kontaktuojant kaip vamzdyje ar net spinduliuojant, būdingu ne tik saulei, bet ir bet kuriam kūnui iki tam tikro (nuo temperatūros priklausomo) laipsnio) objektą, garą, atvėsusį iki 100C, vis tiek gali likti dujomis, ir tik tolesnis aušinimas žemiau 100C sukels jo kondensaciją į vandens lašą ir beveik vakuumą (sočiųjų vandens garų slėgis yra apie 20 mm Hg nuo 760 mm Hg (1 atm), tai yra 38 kartus mažesnis už atmosferos slėgį, taip atsitinka ir su neperkaitintais, sočiais 100 C temperatūros garais įkaitintame inde (virdulys iš snapelio, kuris garuoja), ir ne tik su vandeniu, bet su bet kokia verdančia medžiaga, pavyzdžiui, vaistinis eteris verda jau kūno temperatūroje. , ir gali virti kolboje delne, iš kurios kaklelio jo garai „ištekės“, pastebimai lūždami šviesa, jei dabar kolbą uždarysite antruoju delnu ir nuimkite apatinės delno kaitinimą, pakeičiant jį stovės žemesnėje nei 35C temperatūroje, eteris nustos virti, o jo sotieji garai, kurie verdant išstūmė visą orą iš kolbos, kondensuosis į eterio lašą, sukurdami vakuumą, ne stipresnį už tą, iš kurio eteris. užverda, tai yra maždaug lygus eterio sočiųjų garų slėgiui šalčiausiame kolbos taško arba prie jo pritvirtinto antrojo indo ar žarnos slėgiui be nuotėkio su uždarytu tolimiausiu galu, štai kaip veikia Kriofor prietaisas. suprojektuotas, demonstruojantis šaltos sienos principą, kaip saldūs Velcro - bitės, fiksuojančios visas sistemoje esančias garų molekules.("Vakuuminis alkoholis" varomas taip, be šildymo)

Verdančio vandens procesas susideda iš trijų etapų:
- pirmojo etapo pradžia - iš virdulio dugno ar bet kurio kito indo, kuriame vanduo užvirinamas, iššoka mažyčiai oro burbuliukai ir vandens paviršiuje atsiranda naujų burbuliukų darinių. Palaipsniui tokių burbuliukų daugėja.

- Antroje verdančio vandens stadija masiškai sparčiai kyla burbuliukai į viršų, iš pradžių sukeldami nedidelį vandens drumstumą, kuris vėliau virsta „balėjimu“, kuriame vanduo atrodo kaip šaltinio srovė. Šis reiškinys vadinamas virimu baltas raktas ir labai trumpalaikis.

– trečiąjį etapą lydi intensyvūs vandens virimo procesai, didelių sprogstančių burbuliukų ir purslų atsiradimas ant paviršiaus. Didelis purslų kiekis reiškia, kad vanduo per daug užvirė.

Beje, jei mėgstate gerti arbatą, užplikytą švariu natūraliu vandeniu, tai galite užsisakyti neišeidami iš namų svetainėje, pavyzdžiui: http://www.aqualader.ru/. Po to vandens tiekimo įmonė pristatys jį į namus.

Paprasti stebėtojai jau seniai pastebėjo, kad visas tris vandens virimo stadijas lydi įvairūs garsai. Vanduo pirmajame etape skleidžia vos girdimą ploną garsą. Antrame etape garsas virsta triukšmu, primenančiu bičių spiečiaus ūžesį. Trečiajame etape verdančio vandens garsai praranda vienodumą, tampa aštrūs ir garsūs, chaotiškai didėja.

Visi verdančio vandens stadija nesunkiai patikrinama patirtimi. Pradėję šildyti vandenį atvirame stikliniame inde ir periodiškai matuodami temperatūrą, po trumpo laiko pradėsime stebėti indo dugną ir sieneles dengiančius burbulus.

Pažvelkime atidžiau į burbulą, kuris pasirodo šalia apačios. Palaipsniui didinant tūrį, burbulas taip pat padidina sąlyčio su šylančiu vandeniu, kuris dar nepasiekė aukštos temperatūros, plotą. Dėl to burbulo viduje esantys garai ir oras atšaldomi, dėl to sumažėja jų slėgis, o vandens gravitacija burbulą susprogdina. Būtent šiuo metu vanduo skleidžia virimui būdingą garsą, kuris atsiranda dėl vandens susidūrimo su indo dugnu tose vietose, kur sprogo burbuliukai.

Temperatūrai apatiniuose vandens sluoksniuose artėjant prie 100 laipsnių Celsijaus, vidinis burbuliukų slėgis susilygina su vandens slėgiu juose, dėl to burbuliukai palaipsniui plečiasi. Padidėjęs burbuliukų tūris taip pat padidina jų plūdrumo jėgą, kurios įtakoje didžiausi burbuliukai atitrūksta nuo konteinerio sienelių ir greitai kyla aukštyn. Jei viršutinis vandens sluoksnis dar nepasiekė 100 laipsnių, tai burbulas, patekęs į šaltesnį vandenį, netenka dalies vandens garų, kurie kondensuojasi ir patenka į vandenį. Tokiu atveju burbuliukai vėl mažėja ir, veikiami gravitacijos, krenta žemyn. Netoli dugno jie vėl įgauna tūrį ir kyla aukštyn, o būtent šie burbuliukų dydžio pokyčiai sukuria būdingą verdančio vandens triukšmą.

Kol visas vandens tūris pasiekia 100 laipsnių, kylantys burbuliukai nebemažėja, o sprogsta pačiame vandens paviršiuje. Tokiu atveju garai išleidžiami į išorę, kartu su būdingu šniokščiančiu garsu – tai reiškia vanduo verda. Temperatūra, kurioje skystis užvirs, priklauso nuo slėgio, kurį patiria jo laisvas paviršius. Kuo didesnis šis slėgis, tuo aukštesnė reikiama temperatūra, ir atvirkščiai.

Tas vanduo užverda 100 laipsnių Celsijaus yra gerai žinomas faktas. Tačiau verta manyti, kad ši temperatūra galioja tik esant normaliam atmosferos slėgiui (apie 101 kilopaskaliui). Didėjant slėgiui, didėja ir temperatūra, kurioje skystis užvirs. Pavyzdžiui, greitpuodiuose maistas ruošiamas esant slėgiui, artėjančiam prie 200 kilopaskalių, kai vandens virimo temperatūra yra 120 laipsnių. Tokios temperatūros vandenyje virimas vyksta daug greičiau nei įprastoje virimo temperatūroje – iš čia ir kilo keptuvės pavadinimas.

Atitinkamai, sumažėjus slėgiui, sumažėja ir vandens virimo temperatūra. Pavyzdžiui, kalnuotų regionų gyventojai, gyvenantys 3 kilometrų aukštyje, užverda vandenį greičiau nei lygumų gyventojai - visi vandens virimo etapai vyksta greičiau, nes tam reikia tik 90 laipsnių, esant 70 kilopaskalių slėgiui. Tačiau kalnų gyventojai negali virti, pavyzdžiui, vištienos kiaušinio, nes minimali temperatūra, kurioje baltieji koaguliuoja, yra lygiai 100 laipsnių Celsijaus.