Количество экспериментальных исследований работы одиночного центра парообразования невелико. Основная цель этих исследований состояла в изучении температурных полей поверхности нагрева и жидкости, а также условий формирования и существования микрослой жидкости у основания пузырька. При этом внутренние характеристики процесса не были предметом исследований.
Системное изучение внутренних характеристик процесса кипения на единичном центре парообразования и их связи с локальными тепловыми параметрами выполнено в ИТТФ НАН Украины под руководством академика В.И.Толубинського. Существенная особенность использованных методик сводилась к нагреву небольшого участка поверхности. При этом после активации центра парообразования в пределах нагретой участка кипения происходило на единичном центре в относительно широком диапазоне изменения плотности теплового потока. Такая методика позволила изучить взаимосвязь внутренних характеристик и локальных тепловых параметров. Средние во времени перегрев поверхности изменялись в широком интервале 7 ... 30 К, тогда как для одной серии их значения при изменении теплового потока поддерживались почти постоянными (рис.19.6). Основным фактором, менялся от серии к серии, была геометрия центра парообразования. Это обусловило различные перегревы поверхности в момент образования пузырька и разного перегрева в разных сериях опытов. Кипение на достаточно больших нагревателях характеризуется заметной зависимостью перегрева от плотности теплового потока? Т (q). При кипении на единичном центре такая зависимость очень незначительна, что объясняется следующим. Минимальное и максимальное за цикл образования пузырька значение температуры поверхности практически не зависит от интенсивности нагрева. Для формы кривой, которая наблюдалась во время исследований, изменение температуры поверхности приводит к тому, что среднее по времени значение температуры зависит от q очень мало.
Итак, активация центра парообразования может рассматриваться как проявление локального поверхностного стока теплоты с малой, но конечной площади. В связи со специфическим механизмом переноса теплоты такой сток приобретает способность поддерживать среднюю во времени температуру своей поверхности практически независимой от теплового потока, переносимого. Площадь стока недалека от максимальной площади основания пузырьки, которая образуется на центре, а средняя температура, которая поддерживается поверхностью стока, определяется геометрией соответствующей микровпадины.
Геометрические и временные характеристики пузырьков, которые образуются на одном и том же центре парообразования при постоянной плотности теплового потока, изменяются относительно мало - в пределах 10 ... 15%, так как при воздействии только одного центра отсутствуют побочные тепловые и гидродинамические раздражители. В случае изменения интенсивности нагрева поверхности и особенно при переходе от одного центра к другому интервал значений характеристик становится достаточно широким: значение отрывного размера находятся в пределах 1,7 ... 3,9 мм, а частоты отрыва от 12 до 80 1 / с.
При достижении паровой пузырем макроскопических размеров форма и размеры центра парообразования уже не влияет непосредственно на поведение пузырьки. Поэтому все различия в характере развития паровой пузырьки связаны с различной тепловой обстановкой у центра парообразования. Она формируется под влиянием двух факторов. Первый из них - максимальный за цикл локальный перегрев поверхности - определяется геометрией микровпадины (центра парообразования) и мало зависит от плотности теплового потока. Второй фактор - интенсивность подвода теплоты к центру парообразования - характеризуется осредняемого плотностью теплового потока. Она влияет на температурный профиль в прилегающем к поверхности нагрева слое жидкости и на времени обновления условий, необходимых для начала роста пузырька.
Форма пузырьков при кипении воды под атмосферным давлением очень отличается от сферической (отношение горизонтального размера к вертикальному зависит от перегрева и изменяется в пределах от двух в начале роста к единице перед отрывом, увеличиваясь с повышением среднего перегрева). Размер видимого краевого угла переменная и только в момент отрыва достигает значения, близкого к равновесному. Диаметр основания в течение 2 ... 3 мс достигает максимального значения.
Опыты показывают, что рост пузыря на поверхности нагрева не может описываться соотношением типа Оно справедливо только на начальной очень короткой стадии роста. На рис.19.7 приведены зависимости диаметра пузырька (эквивалентной по объему шара) от времени роста (точки нанесены с уточнением нулевого момента в пределах времени транспортировки одного кинокадра) и линии, построенные по известным формулам такого типа.