Kaynama eğrisi tek yönlü değildir. Duvar aşırı ısınması arttıkça ısı akısı önce hızla yükselir, bir tepe noktasına ulaşır, sonra düşer. O tepe noktası kritik ısı akısıdır ve güvenlik açısından belirleyici olan büyüklüktür.
Rejimler
Doğal taşınım kaynaması. Aşırı ısınma küçükken kabarcık yoktur; ısı tek fazlı taşınımla gider.
Çekirdekli kaynama. Kabarcıklar yüzeydeki çekirdeklenme noktalarında oluşur, kopar ve güçlü bir karışım üretir. Isı transferi burada en verimlidir; Rohsenow'un bağıntısı bu rejimi, kabarcık hareketinin yarattığı tek fazlı taşınıma indirgeyerek modeller [1].
Kritik ısı akısı. Kabarcık üretimi o kadar yoğunlaşır ki sıvı yüzeye ulaşamaz hâle gelir.
Film kaynaması. Yüzey sürekli bir buhar örtüsüyle kaplanır. İletkenliği düşük olduğu için ısı transferi çöker ve duvar sıcaklığı sıçrar — güç kontrollü bir sistemde bu, yüzeyin yanması demektir.
Neden tasarım kritik ısı akısına göre yapılır
Güç kontrollü sistemlerde (elektrikli ısıtıcı, yakıt elemanı, güç elektroniği) geçiş geri dönüşsüzdür: akı tepe noktasını aştığı anda sistem film kaynamasına atlar ve sıcaklık kontrolsüz yükselir. Bu yüzden kabul kriteri ortalama ısı transferi değil, kritik akıya olan paydır.
Akış kaynaması farklıdır
Boru içinde akış varsa rejim ayrıca akış desenine bağlıdır: kabarcıklı, tıkaç, halkasal. Halkasal rejimde duvardaki sıvı filmi tükenirse (dryout) aynı sıcaklık sıçraması, kritik akıya ulaşılmadan da olabilir.
Modelleme uyarısı
Kaynama modelleri ampirik katsayılara ve yüzey özelliklerine — pürüzlülük, ıslanabilirlik, çekirdeklenme yoğunluğu — güçlü biçimde bağlıdır. Aynı akışkan, farklı yüzey kaplamasıyla farklı eğri verir. Sonuç mutlak değer olarak değil, karşılaştırmalı kullanılmalı ve katsayıların kaynağı yazılmalıdır. Bkz. kaç haneyle verilmeli notu.
Kaynaklar
- 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