沸腾

沸腾是液体的快速汽化，它发生在液体被加热到沸点时，液体的蒸气压等于周围大气施加在液体上的压力的温度。 沸腾有两种主要类型：核态沸腾，其中在离散点处形成小蒸汽气泡，以及临界热通量沸腾，其中沸腾表面被加热到某个临界温度以上并在表面形成蒸汽膜。 过渡沸腾是两种类型元素的中间不稳定沸腾形式。 水的沸点为 100 °C 或 212 °F，但随着高海拔地区大气压力的降低而降低。

沸腾水被用作通过杀死可能存在的微生物和病毒使其适合饮用的方法。 不同的微生物对热的敏感性不同，但如果水在 100 °C (212 °F) 下保持一分钟，大多数微生物和病毒都会被灭活。 在 70 °C (158 °F) 的温度下十分钟也足以灭活大多数细菌。

沸腾水也用于多种烹饪方法，包括煮、蒸和水煮。

在沸腾中看到的最低热通量仅足以引起[自然对流]，其中较暖的流体由于其稍高的密度而上升。 只有当过热度非常低时才会出现这种情况，这意味着靠近流体的热表面的温度几乎与沸点相同。

泡核沸腾的特征是气泡或爆裂物在受热表面上的生长（异质成核），它从表面上的离散点上升，其温度仅略高于液体温度。 通常，成核位点的数量随着表面温度的升高而增加。

沸腾容器的不规则表面（即增加的表面粗糙度）或流体添加剂（即表面活性剂和/或纳米颗粒）有助于在更宽的温度范围内发生核沸腾，而异常光滑的表面（例如塑料）则有助于 过热。 在这些条件下，加热的液体可能会出现沸腾延迟，并且温度可能会稍微高于沸点而不会沸腾。

如果液体在其中心较热，而在容器表面较冷，则可能会发生均匀成核，即气泡从周围的液体而不是表面形成。 例如，这可以在加热水而不是容器的微波炉中完成。

临界热通量（Critical heat flux，CHF）描述了加热过程中发生相变现象的热极限（例如用于加热水的金属表面形成气泡），这种现象突然降低了传热效率，从而导致局部过热 加热面。 当沸腾表面被加热到临界温度以上时，表面会形成一层蒸汽膜。 由于这种蒸汽膜从表面带走热量的能力要小得多，因此温度上升非常快，超过这一点进入过渡沸腾状态。 发生这种情况的时间点取决于沸腾流体的特性和所讨论的加热表面。

过渡沸腾可以定义为不稳定沸腾，它发生在核态可达到的最高温度和薄膜沸腾可达到的最低表面温度之间。

加热液体中气泡的形成是一个复杂的物理过程，通常涉及空化和声学效应，例如在尚未加热到气泡沸腾到表面的水壶中听到的广谱嘶嘶声。

如果加热液体的表面明显比液体热，则会发生薄膜沸腾，其中一层薄薄的导热性低的蒸汽将表面隔热。 这种将表面与液体隔绝的蒸气膜状态表征了膜沸腾。

池沸腾是指没有强制对流的沸腾。 相反，流动是由于密度梯度而发生的。 它可以体验上述任何一种制度。

当沸腾的流体通常通过管道循环时，就会发生流动沸腾。 它的运动可以由泵提供动力，例如在发电厂中，或由密度梯度提供动力，例如在热虹吸管或热管中。 流动沸腾中的流动通常以空隙率参数为特征，该参数表示系统中蒸汽的体积分数。 可以使用该分数和密度来计算蒸汽质量，蒸汽质量指的是气相中的质量分数。 流动沸腾可能非常复杂，受密度、流速和热通量以及表面张力的严重影响。