热流量控制=超过CHF则烧干(跳到膜沸腾)。温度控制=连续遍历包含过渡区的整条S形曲线。
动画中工作点沿曲线向该目标移动。0%=接近室温,100%=最大输入。
水、大气压(T_sat = 100°C)固定。假定自然对流 h_nc ≈ 1000 W/(m²·K),膜沸腾 h_fb ≈ 30 W/(m²·K)。Zuber的CHF在水、大气压下约为 1.1 MW/m²。
上=沸腾曲线(对数 q'' vs ΔT_e)。黄点=当前工作点/红虚线=CHF与Leidenfrost/橙箭头=烧干跳变。下=传热面(气泡→蒸汽膜)。
池沸腾的热流量 $q''$ 随过热度 $\Delta T_e = T_w - T_\text{sat}$ 变化,Nukiyama(1934)确定了四个不同的区域。
自然对流区($\Delta T_e < 5$ K)。$h_{nc}$ 是自然对流传热系数:
$$q'' = h_{nc}\,\Delta T_e$$核沸腾区($5 \leq \Delta T_e < 30$ K)。基于Rohsenow式的简化形式:
$$q'' = C\,\Delta T_e^{3}$$临界热流量(Zuber,水、大气压约 1.1 MW/m²):
$$q''_\text{CHF} \approx 0.131\,\rho_v^{1/2}\,h_{fg}\,[\sigma g(\rho_l-\rho_v)]^{1/4}$$膜沸腾区(Bromley式加辐射项):
$$q'' = h_{fb}\,\Delta T_e + \varepsilon\sigma_{SB}(T_w^4 - T_\text{sat}^4)/2$$在热流量控制下,一旦 $q''_\text{输入} > q''_\text{CHF}$,传热面无法停留在核沸腾,会不连续地跳到膜沸腾枝,表面温度 $T_w$ 瞬间上升数百至上千度(烧干=滞后)。