Моделирование термоакустических явлений в парогенерирующих каналах с учетом потерь механической энергии Бошкова, Ирина Леонидовна

Введение к работе

Актуальность темы. При разработке новых электротехнических устройств, для обеспечения теплового режима которых эффективно применение жидкостного охлаждения с поверхностным кипением теплоносителя, требуется достоверная информация о сопутствующих теплообмену процессах, способных нарушить устойчивость работы системы. Нако-плспны> ранее материал относительно механизмов возникновения теп-логцдр^динамическнх хсустончнвостсй различных типов используется rips: ттроектйропаник современных систем охлаждения. Имеющиеся критерии ycroH'HwocTii позволяют определить услозік возникновения гидродинамической неустойчивости Лсдинегга, предсказать кризисы кипения и перераспределение потоков в параллельных каналах. Неучет тер-моакуетнческнх явлений может, однако, поставить под сомнение проектные расчеты, проводимые для оборудования с высокой мощностью теп-ловьіделишй. В случае акустической неустойчивости данные ограничены и противоречивы, несмотря иа то, что в последнее время интерес к исследованию механизма генерации термоакустнчетіх колебаний значительно возрос. Имеется обширный экспериментальный материал, полученный на различных стендах Б.М.Дорофеепым, G.H.Четвериковым, В.Л. Лссманом, В.И. Гсрлпгой, В.В. Зродннковьл! и др. Извесгнь: подходы к теоретическому объяснению механизма генсра::;:н чолебпннй звуковой частоты пузырьками пара, представленные Ха чной, Е.И.Песиеом и С.Е.Нсснсои, и.М.Дорофссаыч и др. Однако, имеющиеся физически.' и созданные на их основе математически:; модели решали частные зада¹"! и не позголялн получать змпліггудно-члстотігьіг харахгерисгнк:! і'глтевой волны на ссі.'Оі'Зіг.ш исходных данных по тепловому и гидр^дннамн-«еект.чу режиму. Модель, наиболее полно описывающая механизм гене раніш термоакустнческих ;:олс5аннП, гр:5ует гяробапии опытом и учета дисенпатавиых эффеэтоз.

Таким образом, актуальность работы определяется ее непосредственной связью с проблемами и потребностями, порожденными научно-техническим прогрессом в теплотехнике на современном этапе.

Предметом' предлагаемых к защите исследований являются колебания давления звуковой частоты, возникающие при-кипении недогретой жидкости в каналах малого диаметра, и их моделирование с учетом диссипации энергии. Моделирование тсрмсзкустлчсских явлений способствует более глубокому пониманию причин возникновения акустической

волны с гармонической формой холсба"ий и образования стоячих волн конечной амшвгтуды в канале. При правильном представлении механизма генерации звука появляется возможность расчеты:.! путем определять области режимных параметров, в которых амплитуда колебаний давления звуковой волны становится недопустимо высокой. Расчетный метод как метод прогнозирования явлений термоакустики дает возможность значительно сократить затраты «зтериальийх и трудовых ресурсов, кроме того, он позволяет определчть все возможные случаи роста звукового давления, которые в силу каких-либо причин не фиксируются на конкретном экспсрнм;нтальиом стенле, ко могут проявиться при незначительном отклонсінш от услог.ин проведения эксперимента.

Цель работ :Р заключается в исследовании механизма генерации термоакустпческгіх колебаний (ТАК) в каналах малого диаметра с поверхностным кипением жидкости, движущейся с высоким)! недогревамн, и моделирование явлений термозкустили в охлаждаемых каналах с учетом дисенпатнвных потерь.

Оснопныс задачи работы состоят в следующем:

1. Выбор математической модели генерации ТАК н апробация ее на имеющихся экспериментальных данных с целью корректировки входящих в нес зависимостей.

2. Анализ механизмов диссипации энергии и учет наиболее существенных из них в частотном уравнении.

3. Оценка влияния дисенпатнвных членов на амплитудно-частотные характеристики колебаний.

4. Определение области применения модели на основании сравнительных характеристик машинного и физического эксперимента.

На защиту выносятся научное положение и основные результаты диссертации.

Научное положение: в условиях поверхностного кипения жидкости, движущейся с высокими недогревамн в каналах, при малых значениях паросодержания ((р < 0.1) основными механизмами потерь энергии тер-моакустнческнх колебаний являются вязкостная диссипация в парожид-костном столбе канала и потерн энергии иа открытых концах канала. Основные научные результаты:

1. Создан комплекс программ расчета амплитуды колебаний давлен..^ в ханалс с учетом потерь механической энергии для оценки вклада дисенпатнвных эффектов при различных условиях и определения возмож-

nwx областей значительного повышения амплитуды звукового ДаВЛС-ИН*,

2. Получены коэффициенты потерь акустической энергии, связаннее с вязкостно и проводимостью открытых концов капала;

3.Сопоставлены амплитудно-частотные характеристики, яс.ту-чнгыс экспериментально ir расчетным путем по зтненмостям модели генерации термоакусгическіи'ходсбяннП.

Научппя ношена работы состоит в том, что впервые был нрогедеи полномасштабный расчет тсрмоакустнчгсхих колебаний о каналах при 'заданных типовых и лідродинамичсскнх параметрах процесса охлажде-иг», с учетом диссипатнвных потерь; показана применимость выбранной гидродинамической модели развития ТАК для пропюзнроаа тя резонансна- явлений в канале с кипящим теплоносителем.

Пра\-т"ческр.7 цгкностл результатов и выводов диссертации опре-делчется : с использованием длі повышения надежности новых видов энергооберудазацн:!, обеспечение теллосого режима готсры:; осуществляется с пс-і'Оі::ьто жидкостного охлахденил.

і'і"Г-2'?''/У'..УЛ\:S11- Ozuc^rr," материалы диссертационниа работы ДОЛОГСІШ на XV іГ-у"-и>-л^::'іи<к':-':с~і "0>:~:?v:;:i:v.< ""fonux ученых и специаяпстоа ИТТФ АН УССг ij^azz, Уі-'-:. 'V ау;л'-::г-ы< чауч:;;.--тсОікчгс;оП ггепфергицш (Одесса, 1533), ітупно-техтіпсс^сії :x-:itope;:-::;;: -> .":;..;'. -,-т?««х и сязддхтцегзл НИИ "Шторм" (Од?сса, 1990), на-

-.;_!!tvr.>._:Hr.-;,, ; . .: Л_: ;.-.;-..; Д ,;-^Mt«tt ЯОЯОДа (ОдОССа, 1994), ПсрЕОЙ

Pi:c~^"'«fnftrta(_tKvUi.:: :;<_:.; «Н'*-.-р'.;:::;гп но г^л::оо;.':.:^д 'Мосввд. 1994). !ЬЖ"12Н1і'І- "Ос::с~:тг?е егзуйь»»::.! диссертации .пу5:;;::--оланы ч пята пеньках ртЛотз.:;.

Структура я ofeer.f работа, Диссертация состоит из ив'шс:;.-^., трех глаз, здіеточечиз, сплезса литературы га 32 наименований я приложений. Работа изложена на 10ПГ листах ыгшивопнекоп) текста, включая 2й рисунков и 2 таблицы.