Содержание к диссертации
Введение 4
Обозначения 8
Глава I. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО КИПЕНИЮ ЖИДКОСТЕЙ
В УЗКИХ КАНАЛАХ II
Эффект "микрослоевого" кипения 13
Кольцевые каналы 15
Плоскопараллельные каналы 21
Клиновидные каналы 33
Явление "старения" при кипении в большом
объеме ["»йа^- 36
1.6. Выводы и постановка .задачи исследований 37
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
КИПЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В УЗКИХ КАНАЛАХ 39
Описание установки 39
Методика проведения. экспериментов 47
Методика обработки экспериментальных данных ... 50
Анализ погрешностей измерений и обработки экспериментальных данных 51
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ІИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ
ЖИДКОСТЕЙ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ УЗКИХ КАНАЛАХ
ОТКРЫТОЙ СХЕМЫ ПИТАНИЯ 54
Некоторые особенности явления "старения"....... 54
Влияние плотности теплового потока на интенсивность теплообмена 59
Влияние угла раскрытия канала на интенсивность теплообмена и кризис 70
Влияние толщины зазора на входе в канал 75
Влияние физических свойств жидкости 78
Влияние способа обогрева канала 87
Обобщение экспериментальных данных по критическим тепловым нагрузкам 90
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ
ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ПУЗЫРЬКОВОМ КИПЕНИИ В УЗКИХ
КАНАЛАХ 93
Физическая модель процесса 93
Основные допущения 93
Математическое описание 95
Определение локального коэффициента теплообмена 95
Определение скорости жидкости на входе в канал 99
4.4. Сравнение экспериментальных и расчетных данных 105
ВЫВОДЫ 108
ЛИТЕРАТУРА 109
ПРИЛОЖЕНИЕ 119
Введение к работе
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на текущее десятилетие предусмотрено "... На основании использования достижений науки и техники... повышать в оптимальных пределах единичные мощности машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотребления..." . Решение подобного рода задач в области энергетики требует поиска новых способов интенсификации процессов тепломассообмена в различных тепловых машинах и энергетическом оборудовании. Среди них особое место занимает процесс кипения жидкостей как наиболее интенсивный по сравнению с другими видами тепломассообмена.
В последнее время все большее внимание отечественных и зарубежных исследователей привлекает весьма перспективный с точки зрения промышленного использования способ интенсификации теплообмена при кипении жидкостей, основанный на организации процесса в узких щелевых каналах. Экспериментальные работы по кипению ряда теплоносителей в кольцевых [_53, 61, 62, 79J и плоскопараллельных Гі8, 37, 46, 57J щелевых каналах, характерный размер которых (толщина) соизмерим с отрывным диаметром паровой фазы в условиях естественной конвекции, показали, что интенсивность теплоотдачи может на порядок превышать таковую в большом объеме.
Малый объем теплоносителя, высокая интенсивность процесса кипения в узких щелевых каналах представляют большой интерес для развития ряда отраслей современной техники с точки зрения разработки новых компактных теплообменных аппаратов и устройств, а также различного рода систем охлаждения испарительного типа.
1 Материалы ХХУІ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.
Рассматриваемый способ интенсификации теплообмена при кипении в узких щелевых каналах может найти применение, например:
в космической технике [54];
в двигателеетроении для охлаждения гильз цилиндров [5, 82] и в системах утилизации тепла выхлопных газов [э];
в нефте - и газоперерабатывающей промышленности в качестве трубчаторебристых [59] и пластинчатых кипятильников и испарителей;
в холодильной технике в качестве пластинчатых испарителей, которые эффективнее и компактнее кожухотрубных Гі, 2l];
в электротехнической и радиоэлектронной промышленности для охлаждения мощных генераторных ламп [34, 45J, диодов и тиристоров, требующих термостабилизации [8, 9, IOj;
в пищевой и медицинской технологии в качестве вертикальных малообъемных испарителей для процессов охлаждения в потоках жировых эмульсий, крови, медицинских экстратов, воды, растворов сахара [її, 35, 36, 58, 79, 83, 84];
в литейной промышленности для локального охлаждения форм отливок сложной конфигурации с целью снижения термических напряжений |_12] , а также автотерморегулирования за счет высокоинтенсивного поверхностного охлаждения металлических форм отливок
в гелиотехнике в качестве охлаждающих элементов рабочих зеркал солнечных концентраторов энергии, в испарительных зонах гелиопарогенераторов, для охлаждения и термостатирования фотоэлементов, преобразующих солнечную энергию в электрическую, что является актуальным в связи с решением "... увеличить масштабы использования в народном хозяйстве возобновляемых источников
энергии (гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной) . 1 Материалы Х2УІ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.
В настоящее время практически не изучены особенности кипения жидкостей в расширяющихся по ходу движения парожидкостного потока (клиновидных) узких каналах, отсутствует метод расчета интенсивности теплоотдачи, учитывающий переменную толщину канала по высоте. Исследование данного вопроса представляет научный и практический интерес. На основании этого и выбрана тема данной работы.
В результате проведенных исследований получены новые экспериментальные данные по интенсивности теплообмена и критическим тепловым нагрузкам при кипении жидкостей в узких клиновидных каналах. Выявлены некоторые особенности явления "старения", а также влияние угла раскрытия канала и физических свойств жидкостей на интенсивность теплообмена и кризис кипения. Определена величина предельных углов раскрытия клиновидного канала для двух типов жидкостей, когда процесс кипения протекает аналогично большому объему. Разработана модель физического механизма процесса пузырькового кипения в узких каналах и метод расчета локальных коэффициентов теплообмена.
Эти результаты и выносятся автором на защиту.
Структурно диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения.
Первая глава посвящена обзору исследований по кипению жидкостей в узких щелевых каналах, который проведен по опубликованным работам советских и зарубежных авторов. В конце главы сформулированы основные задачи исследования.
Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки, методике проведения экспериментов и обработке полученных данных. В конце главы приведен анализ погрешностей измерений и обработки экспериментальных данных.
Третья глава содержит основные результаты экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена при кипении в вертикальных каналах открытой схемы питания. Приведено сравнение с результатами других авторов при кипении жидкостей в плоскопараллельных каналах и большом объеме, ч
Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию интенсивности теплообмена в узких каналах. Изложены основные положения метода расчета локальных величин коэффициентов теплообмена. В конце главы приведено сравнение расчетных и экспериментальных данных.
В приложении даны схемы конструкций,разработанные автором на базе узких каналов, для расчета интенсивности теплообмена.в которых можно использовать предлагаемый метод.
По объему диссертация состоит из 62 страниц машинописного текста, 46 рисунков, библиография содержит 86 наименований.
