منحنى الغليان ليس رتيباً. فمع ارتفاع فرط حرارة الجدار، يصعد الفيض الحراري بحدّة أولاً، ثم يبلغ ذروة، ثم يهبط. وتلك الذروة هي الفيض الحراري الحرج، وهي الكمية الحاكمة للسلامة.
الأنظمة
الغليان بالحمل الطبيعي. عند فرط حرارة صغير لا توجد فقاعات؛ وتخرج الحرارة بالحمل أحادي الطور.
الغليان النووي. تتكوّن الفقاعات عند مواقع التنوّي على السطح، ثم تنفصل، فتولّد مزجاً قوياً. وهنا يكون انتقال الحرارة أكفأ ما يكون؛ وعلاقة روزنو تنمذج هذا النظام بردّه إلى الحمل أحادي الطور الناشئ عن حركة الفقاعات [1].
الفيض الحراري الحرج. يصير إنتاج الفقاعات كثيفاً إلى حدّ لا يعود معه السائل قادراً على بلوغ السطح.
الغليان الغشائي. يُغلَّف السطح بطبقة بخار متصلة. ولأن موصّليتها منخفضة ينهار انتقال الحرارة وتقفز حرارة الجدار — وفي نظام مضبوط القدرة يعني ذلك احتراق السطح.
لماذا تُبنى التصاميم على الفيض الحراري الحرج
في الأنظمة المضبوطة بالقدرة (السخانات الكهربائية، وعناصر الوقود، وإلكترونيات القدرة) يكون الانتقال غير عكوس: فما إن يتجاوز الفيض الذروة حتى يقفز النظام إلى الغليان الغشائي وتنفلت الحرارة. ولذلك فمعيار القبول ليس متوسط انتقال الحرارة بل الهامش حتى الفيض الحرج.
الغليان الجرياني مختلف
مع جريان داخل أنبوب، يتوقف النظام أيضاً على نمط الجريان: فقاعي، أو سدادي، أو حلقي. وفي النظام الحلقي، إذا نفد الغشاء السائل على الجدار (الجفاف) أمكن أن تحدث قفزة الحرارة نفسها من دون بلوغ الفيض الحرج.
تحذير في النمذجة
تعتمد نماذج الغليان اعتماداً شديداً على معاملات تجريبية وعلى خواص السطح — الخشونة، وقابلية البلل، وكثافة مواقع التنوّي. والمائع نفسه على سطح مطلي بطريقة أخرى يعطي منحنى آخر. وينبغي استعمال النتيجة مقارنةً لا مطلقاً، وذكر مصدر المعاملات. انظروا ملاحظة الأرقام المعنوية.
المراجع
- Rohsenow, W. M. (1952). A method of correlating heat transfer data for surface boiling of liquids. Transactions of the ASME, 74, 969–976.
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605