Задачи экономного расходования энергии непосредственно связаны с разработкой и созданием теплообменных аппаратов, обеспечивающих минимальную разность температур теплоносителей. К числу таких теплообменников относятся аппараты, в которых происходит кипение теплоносителя. Такие теплообменники используются в самых разнообразных теплотехнологических установках микробиологической, химической, пищевой, металлургической и других отраслей промышленности. Эффективность функционирования подобных теплообменных аппаратов во многом зависит от интенсивности теплоотдачи в зоне кипения.
Одним из перспективных путей повышения эффективности работы теплообменников является организация процесса кипения в щелевых каналах с величиной зазора между их стенками, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости.
Чтобы создать инженерно обоснованную конструкцию зоны кипения теплоносителя с интенсифицирующими теплоотдачу щелевыми каналами, необходимо знать, как повлияют геометрические и режимные параметры щелевых каналов на эффективность работы теплообменного аппарата в целом. Необходим теоретически и экспериментально обоснованный метод расчета теплоотдачи при кипении в капиллярных щелевых каналах.
Если следовать микропленочной теории [1, 2], то увеличение площади, занимаемой тонким слоем жидкости, отделяющим паровой пузырь от греющей стенки, может привести к повышению интенсивности теплообмена. Этот эффект можно использовать для интенсификации процессов теплообмена при кипении. При этом сплющивание паровых пузырей между стенками должно привести к существенному увеличению площади, занятой тонким слоем жидкости, отделяющей паровые пузыри от греющей стенки. В связи с этим должна возрасти и интенсивность теплообмена.
Результаты работ по исследованию кипения в щелевых каналах [3–5] показали, что уменьшение толщины щелевого зазора в определенных пределах действительно приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи.
Рассматриваемый метод расчета процесса кипения в капиллярных щелевых каналах учитывает отношение времени, в течение которого данный участок теплопередающей поверхности щелевого канала занят паровыми пузырями, и теплообмен происходит через тонкий слой жидкости, отделяющий паровой пузырь от стенки, к суммарному времени теплообмена. Величина этого отношения определяется гидродинамикой двухфазного потока в щелевом канале, которая, в свою очередь, зависит от геометрии канала, схемы его питания жидкостью, тепловой нагрузки, теплофизических свойств жидкости и ориентации канала относительно плоскости горизонта.