Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЙ... II
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА
ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ В ВАКУУМЕ 13
1.1. Особенности пузырькового кипения жидкостей в условиях вакуума. • •... 13
1.2. Влияние материала и толщины поверхности нагрева
на теплоотдачу при кипении жидкостей... 30
1.3. Влияние уровня жидкости над поверхностью нагрева на теплоотдачу при кипении... 37
Выводы 48
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.1... 50
2.1. Основные задачи исследования... 50
2.2. Обоснование выбора и характеристика исследуемых жидкостей. 50
2.3. Описание экспериментальных установок и методики измерений. 51
2.3.1. Установка для исследования теплоотдачи при кипении на горизонтальных трубках и методика измерений. 53
2 3.1.1. Описание экспериментальной установки 53
2.3.1.2. Методика измерений 58
2.3.2. Установка для исследования теплоотдачи при кипении на плоской горизонтальной поверхности ,и методика измерений..
2.3.2.1. Описание экспериментальной установки... 61
2.3.2.2. Методика измерений... 65
2.3.3. Установка для исследования теплоотдачи в условиях работы серийного диффузионного вакуумного насоса и методика измерений... 67
2.3.3.1. Описание экспериментальной установки... 67
2.3.3.2. Методика измерений... 71
2.3.3.3. Визуальное наблюдение за процессом кипения ,в диффузионном вакуумном насосе... 72
2.4. Проведение пробных измерений... 74
2.5. Оценка погрешностей измерений и обработка экспериментальных данных
2.5.1. Общие положения. 76
2.5.2. Оценка погрешности измерения коэффициента теплоотдачи плоских поверхностей при кипении. 78
2.5.3. Оценка погрешности измерения коэффициента теплоотдачи при кипении на трубках... 84
2.5.4. Анализ результатов расчета... 90
2.5.5. Математическая обработка результатов экспериментов 91
Выводы. 92
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ 0БСУ2ЩЕНИЕ. 93
3.1; Теплоотдача при кипении вакуумных масел на горизонтальных трубках... 93
3.1.1. Зависимости коэффициента теплоотдачи при кипении вакуумных масел от плотности теплового потока.93
3.1.2. Влияние давления на процесс кипения вакуумных масел 97
ЗД.2.І. Визуальные наблюдения процесса кипения... 97
3.1.2.2. Кривые кипения вакуумных масел... 100
3.1.2.3. Зависимость интенсивности теплоотдачи при кипении вакуумных масел от давления... 107
3.1.2.4. Некоторые аспекты механизма пузырькового кипения вакуумных масел... 1
3.1.3. Влияние материала поверхности нагрева на теплоотдачу при кипении вакуумных масел... 1X2
3.1.4. Расчетные соотношения для определения интенсивности теплоотдачи при кипении вакуумных масел на горизонтальных трубках. 112
3.2. Исследование теплоотдачи при кипении на плоской
горизонтальной поверхности 116
3;2.1. Зависимости коэффициента теплоотдачи при кипении от плотности теплового потока 117
3.2.2. Влияние давления на теплоотдачу при кипении ,вакуумных масел. 117
3.2.2.1. Визуальные наблюдения процесса кипения. 123
3.2.2.2. Влияние уровня жидкости над поверхностью нагрева на интенсивность теплоотдачи при кипении вакуумных масел... 123
3.2.3, Влияние материала поверхности нагрева на теп лоотдачу при кипении на горизонтальной плоской ,поверхности.130
3.2.4 Расчетные соотношения для определения интенсивности теплоотдачи при кипении вакуумных масел на плоской горизонтальной поверхности нагрева 130
З.З, Экспериментальное исследование теплообмена в кипятильнике диффузионного вакуумного насоса... 132
3.3.1. Результаты исследования интенсивности теплоотдачи в разных зонах кипятильника насоса... 132
3 3.2. Влияние материала греющей поверхности на теплообмен и рабочие характеристики насоса... 137
3.3.3. Сравнение результатов измерения интенсивности теплообмена в кипятильнике насоса и на плоской горизонтальной поверхности. 137
3.3.4. Визуальные наблюдения за процессом кипения в насосе. 140
3.3.5. Зависимости для расчета интенсивности теплоотдачи в диффузионном вакуумном насосе... 141
Выводы... 142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 144
ЛИТЕРАТУРА 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 157
Введение к работе
Интенсивное развитие вакуумной техники, сфера применения которой непрерывно расширяется, вызывает необходимость даль -нейшего совершенствования средств создания высокого и сверх -высокого вакуума; Наиболее широкое распространение среди них получили пароструйные вакуумные насосы, предназначенные для получения и поддержания в различных откачиваемых объектах остаточных давлений от I до Ю""6 Па Это связано с целым рядом их достоинств, таких как исключительная простота конструкции, малая трудоемкость изготовления, низкая стоимость, высокая надежность работы и практически неограниченный срок службы. Тем не менее до настоящего времени отсутствуют сведения о теплообмене в кипятильнике пароструйных насосов, поэтому при их проектировании тепловые расчеты производятся весьма приближенно.
Кипение вакуумных масел в кипятильнике, являющееся одним из основных рабочих процессов в пароструйных вакуумных насосах, происходит при давлениях 50 2000 Па» Число работ, посвященных исследованию процесса кипения жидкостей при столь низких давлениях, невелико;1 Теплообмен же при кипении вакуумных жидкостей в условиях работы пароструйных насосов ранее не изучался. Поэтому исследование теплоотдачи при кипении вакуумных масел имеет большое значение;
Область низких давлений привлекает в настоящее время внимание исследователей процесса кипения.1 Достаточно отметить, что большинство работ, посвященных кипению в вакууме выполнено в последние 15 лет; Возрастающий интерес исследователей к этой области связан не только с потребностями ряда отраслей промышленности, в которых используется кипение при давлениях, существенно ниже атмосферного.1 Это связано и с тем, что первые исследования кипения жидкостей в вакууме показали, что со снижением давления происходит не простое уменьшение интенсивности теплообмена, но сам процесс кипения приобретает качественно новые особенности по сравнению с кипением в условиях.атмосферного давления; Со снижением давления из-за увеличения критического радиуса парового пузырька создаются значительные трудности в образовании паровой фазы на поверхности нагрева, что приводит к существенному изменению внутренних характеристик процесса кипения - скорости роста, отрывного диаметра, частоты отрыва паровых пузырьков и др.
При этом растягивается переходный режим кипения, характеризующийся неустойчивостью, нестабильностью процесса парообразования и нестационарностью теплообмена; Закономерности кипения жидкостей в-переходном режиме в настоящее время исследованы еще недостаточно; Поэтому изучение процесса кипения в переходном режиме в условиях низких давлений, дальнейшее накопление экспериментальных данных в этой области представляет большой самостоятельный интерес;1
В связи со всем вышесказанным основными задачами данной работы являлись экспериментальное исследование кипения вакуумных масел в условиях работы пароструйных насосов, которое в основном осуществляется в переходном режиме, изучение влияния-некоторых факторов, таких как теплофизические свойства материа - 8 ла поверхности нагрева и уровня жидкости над ней на этот процесс и исследование теплообмена в кипятильнике серийного диффузионного вакуумного насоса.1
Проведение исследований было сопряжено с рядом трудное -тей, связанных с весьма низкими для этого процесса давлениями, при которых проводились опыты; Протекание процесса кипения вакуумных масел в переходном режиме1»" вследствие нестационарности теплообмена создавало определенные сложности при проведении измерений и обработке опытных данных. Кроме того, исследованные вакуумные масла представляют собой сложные многокомпонентные смеси, закономерности теплообмена при кипении которых отличаются от таковых при кипении чистых жидкостей.
В качестве объектов исследования использовались вакуумные масла BM-I, БМ-5 и ВМ-3, как наиболее широко распространенные в качестве рабочих жидкостей большинства диффузионных и бустерных вакуумных насосов.
В результате исследований получены экспериментальные данные по теплоотдаче цри кипении указанных вакуумных масел на горизонтальных трубках, плоских поверхностях, изготовленных из разных материалов, и непосредственно в кипятильнике диффузионного вакуумного насоса типа Н25О/250О;
Обнаружены интересные особенности кипения вакуумных масел в переходном режиме.1
Отмеченные выше особенности кипения масел в условиях вакуума не позволили провести обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче по существующим критериальным уравнениям.
По результатам исследования предложены расчетные соотношения для определения интенсивности теплоотдачи при кипении вакуумных масел в диапазоне рабочих давлений и тепловых натру в пароструйных вакуумных насосах!, Полученные результаты были использованы при анализе эффективности работы существующих и проектировании новых конструкций пароструйных вакуумных насосов на Казанском производственном объединении "Вакууммаш", что подтверждается справкой об использовании результатов, приложенной в конце диссертации?
Исследования проводились в соответствии с координационным планом АН СССР на І98І-І985 г;г; по проблеме 1;9; "Теплофизика" раздел 1;9Л.6; Тепло- и массообмен при двухфазных течениях, при кипении и конденсации.
Настоящая работа состоит из трех глав и приложения Первая глава посвящена обзору и критическому анализу теоретических и экспериментальных работ по исследованию процесса кипения жидкостей в условиях вакуума, а также работ, посвященных изучению вопросов влияния толщины, теплофизических свойств материала поверхности нагрева и уровня жидкости над ней на теплоотдачу при кипении.1 Показано наличие противоречивых сведений по влиянию уровня жидкости на теплоотдачу при кипении в вакууме, а также отсутствие работ по исследованию процесса кипения вакуумных масел в условиях работы пароструйных насосов; Во второй главе поставлены основные задачи исследования, опи -саны экспериментальные установки по изучению процесса кипения вакуумных масел на тонкостенных трубках, плоской горизонталь -ной поверхности нагрева и непосредственно в кипятильнике серийного диффузионного вакуумного насоса." Приведена методика проведения опытов и сделана оценка погрешности экспериментов;
В третьей главе анализируются полученные экспериментальные данные.1 Обсуждаются вопросы влияния давления, материала теплоотдающей поверхности, уровня кипящей жидкости на тепло отдачу при кипении вакуумных масел, а также особенности теплообмена в кипятильнике серийного диффузионного вакуумного насоса. По результатам исследования сделаны выводы и даны рекомендации.
В приложении приведены теплофизические свойства исследованных масел, таблицы с опытными данными и справка о внедрении полученных результатов.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю профессору Усманову Айтугану Гарифовичу и доценту Хайруллину Ирику Хафизовичу за повседневную помощь и ценные советы при выполнении работы.
