Введение к работе
Актуальность темы. В современной энергетической, авиационной и холодильной технике для обеспечения интенсивного охлаждения элементов оборудования используются двухфазные дисперсные потоки. Кроме экономии материальных и энергетических ресурсов это в ряде случаев улучшает условия работы теплонапряженного оборудования и повышает его ресурс.
Определяющими процессами при воздушно-испарительном охлаждении оборудования являются совместно протекающие теплоотдача от стенок канала к теплоносителю, а также интенсивный тепломассообмен, вызванный испарением с поверхности капель. Модельное представление и расчет такого процесса является важной и сложной задачей. Решение ее представляет интерес в других областях техники, например, в атомной энергетике, где имеют место подобные процессы при течении паро-капельных потоков в закрнзисном режиме.
К настоящему времени более подробно изучена теплоотдача к крупиодис-персному воздухо-водяному потоку для каналов с большими эквивалентными диаметрами. Разработка нового поколения авиационных систем кондиционирования (Ту-204) поставила задачу о воздушно-испарительном охлаждении компактных теплообменников, для которой характеры низкотемпературный двух- и трехфазный теплоноситель и малый эквивалентный диаметр теплообменных каналов. Исследования в этой области практически отсутствуют.
Целью работы является изучение особенностей тепломассообмена в низкотемпературном теплоносителе, содержащем трехфазный водный аэрозоль; экспериментальное и аналитическое исследование теплопередачи к многофазному теплоносителю.
Научная новизна результатов, полученных в настоящей работе состоит в следующем:
экспериментально исследован процесс теплоотдачи к многофазному потоку водного аэрозоля в каналах с малым эквивалентным диаметром в переходном и турбулентном режимах течения и предложены обобщающие зависимости;
предложена форма обобщающей зависимости, приводящая результаты к известным соотношениям для однофазного течения;
разработана двухслойная равновесная (гомогенная) модель тепломассообмена, основанная на приближении термодинамического равновесия в двухфазном парогазокапельном потоке;
с помощью указанной модели выполнено численное исследование процесса теплоотдачи к многофазному потоку для различных граничных условий (в том числе на участках тепловой стабилизации) и сделано сравнение с полученными опытными данными и результатами других исследователей;
с помощью указанной модели выполнено численное исследование процесса локальной теплопередачи в компактном перекрестно-точном теплообменнике с двухфазными теплоносителями и учетом особенностей теплоотдачи на участках тепловой стабилизации каналов; сделано сравнение с экспериментами и другими моделями расчета;
разработан прикладной пакет программ и решена задача оптимизации конструкции теплообменных аппаратов, работающих на многофазных теплоносителях.
Практическая ценность. Результаты, полученные при исследовании тепломассообмена к многофазному потоку водного аэрозоля, могут быть использова-
ны для оптимизации теплообменного оборудования, использующего многофазные теплоносители с фазовыми превращениями как в самом теплоносителе, так и на границе с поверхностью. Экспериментальные данные и результаты численного исследования теплоотдачи к потоку водного аэрозоля могут послужить основой и для изучения многофазных теплоносителей в иных термогазодинамических условиях.
Разработан пакет программ для расчета локального теплообмена в перекрестно-точном компактном теплообменнике с двухфазным теплоносителем. С его помощью были решены несколько актуальных задач в интересах авиационной промышленности. Задачи формировались предприятиями "Наука" и ОКБ им. Туполева А.Н. (г. Москва) в рамках НИОКР отраслевой лаборатории НИ-ЛОС при кафедре МОЛА НГТУ. Основное направление - исследование особенностей работы разрабатываемой системы кондиционирования самолета ТУ-204 на влажном воздухе. Результаты работы в виде отдельных разделов включены в 15 отчетов о НИР /18/. В настоящее время пакет программ используется для курсового и дипломного проектирования в НГТУ и МАИ.
Кроме того материалы диссертации использовались для создания учебных курсов по специальности 131110: "Системы жизнеобеспечения и защиты ЛА" НГТУ. В частности, разработан комплекс из 8 лабораторных работ по "Программированию" для 1...2 курса /13/. Созданы два специальных учебных курса: "Теплообмепные устройства" /12,14,15/ и "Компьютерное моделирование теплофизических процессов" /16,17/. Материалы диссертации использовались для написания соответствующих методических указаний, а также в лекционном материале.
На защиту выносятся:
-
Результаты экспериментального исследования теплоотдачи к низкотемпературному потоку водного аэрозоля в теплообменных каналах с малым эквивалентным диаметром.
-
Равновесная (гомогенная) физическая модель тепломассообмена при теплоотдаче к мелкодисперсному потоку водного аэрозоля в приближении пограничного слоя.
-
Математическая модель и результаты численного исследования теплоотдачи к трехфазному потоку водного аэрозоля при различны граничных условиях.
-
Инженерная методика расчета процесса теплопередачи в перекрестно-точном теплообменнике с двухфазными теплоносителями в обоих трактах.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: 4, 5 Всес.шк.мол.уч. и спец. "Современные проблемы теплофизики" (Новосибирск: 1986, 1988 г); 2,3 Всес.конф.мол.уч. и спец. "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Новосибирск: 1987, 1989); Минском международном форуме "Тепломассообмен - ММФ" (Минск, 1988); 2 Всес.конф. "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации" (Рига, 1988); 2 Всес.конф. "Актуальные вопросы физики аэродисперсных систем" (Одесса, 1989); 8 Всес.конф "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград, 1990); отраслевом семинаре министерства авиационной промышленности по системам кондиционирования воздуха (Москва, 1992); 2-й Международной научно-практической конференции "Новые информационные технологии в университетском образовании" (Новосибирск, 1997); KORUS'98.
The second Russian-Korean international symposium on science and technology (Tomsk, Russia, 1998).
Публикации работы. Основное содержание работы отражено в тридцати печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Работа содержит 157 страниц машинописного текста, 60 рисунков, списка литературы - 155 наименования и Приложения на 20 стр. Всего - 195 страниц.