Введение к работе
Актуальность темы. Контактные тепломаооо-обменние аппараты (КГМА), обладая рядом неоспоримых преимуществ в сравнении с теплообменныш аппаратами других типов, находят все более широкое применение в различных отраслях промгаленнооти. Использование процесса барботажа в КГМА позволяет: исключить влияние термического сопротивления стенок; подучить развитую поверхность контакта фаз в единице объема; ооздавать простые и надежные конструкции, отличающиеся низкой металлоемкостью.-
Вместе с тем, дальнейшее расширение сферы применения КГМА сегодня сдерживается недостаточной изученностью как в теоретическом, так и в .экспериментальном отношении барботажа криогенной жидкости через слой высококипящего компонента. Барботаж данного типа существенно отличается от используемого в химической технологии механизмом.передачи тепла, обусловленным значительными перепадами температуры между взаимодействующими веществами.
Настоящая диссертационная работа посвящена развитию теоретических и экспериментальных исследований теплообмена одиночной капли криогенной жидкости,'всплывающей в слое высококипящей жяд-кооти, для целей создания промышленной установки охлаждения углеводородного топлива ракеты-носителя "Энергия" на космодроме Байконур.
Цель работы; интенсификация процесса охлаждения углеводородного ракетного топлива методом барботажа криогенной жидкости на-оонове Физических моделей процесса теплообмена в системе среда-паровой пузнрь-испаряющаяся капля криогенной жидкости.
Задачи исследования.
-
Разработка и развитие совокупности теоретических моделей теплового взаимодействия дисперсной частицы низкокдадаей жидкости, всплывающей в слое высококипящей.
-
Исследование определяющих факторов процесса.
-
Эксперимэнгальяая проверка результатов теории, анализ и практические рекомендации.
Научная новизна работы.
В работе впервые:
-
Исследована задача теплообмена дисперсной частицы с потоком жидкости в приближении теплового пограничного слоя и получены критериальные зависимости характерных режимных параметров о учетом влияния отклонения фирмы дисперсной частицы от идеальной сферы.
-
Исследована задача теплообмена двухфазной дисперсной частицы с потоком жидкости в приближении пограничного слоя и получена зависимость для теплового сопротивления иа границе раздела фаз с учетом влияния теплового сопротивления пленочного кипения.
-
Проведано экспериментальное исследование испарения неподвижной капли жодного азота ва поверхности керосина, получены значения безразмерного коэффициента теплопередачи при различной температуре последнего.
-
Проведено эксперимента льнов исследование висоты зоны полного испарения капель жидкого азота, вспаивающих в слое керосина, при различной температуре топлива.
На защиту выносятся следующие положения. J. Механизм процесса теплообмена испаряющейся диспэроной частицы, всплывающей в слое высококипящей жидкости.
-
Математические модели процесса, учитывающие несферичность подвижной капли, вызванной наличием пленки испарящейся жидкости на ее границе. Рассмотренные модели отличаются различной гидродинамической обстановкой вблизи капли в потоке и формой пленки кон-денойта.
-
Математические модели процесоа, учитывающие пленочное кипение внутри подвижной двухфазной частицы.
4. Оценка влияния дополнительных факторов на интенсивность теплообмена:
а) аналитические решения задач кондуктивного тепломассообме
на на дранице раздела фаз;
б) численное решение задачи теплообмена неподвижной испаряю
щейся капли конечных размеров на плоской поверхности полуограки-
ченного пространства.
-
Результаты экспериментального исследования теплопередачи к капле азота, неподвижно расположенной на поверхности керосина.
-
Результаты экспериментального иооледованяя теплопередачи к свободно всплывающей капле жидкого азота в слое керосина.
Практическая ценность:
-
Результаты работы расширяют представления о механизма процесса тепломассообмена при Сарботвже низкокипящей жидкости через слой высококипждей.
-
Полученные расчетные зависимости могут быть рекомендованы для практического проектирования контактных тепломасоообмен-ных аппаратов рассматриваемого типа.
-
Результаты работы позволили создать промышленную установку с интенсивным процессом охлаждения углеводородного топлива ракеты-носителя "онергия" на космодроме Байконур, использование которой привело к:
сокрая-зниг времени подготовки топлива к штатной работе с ракетной-нооителем с 30 часов до 0,5 часа;
снижение трудоемкости технологической операции примерно . в 3,4 раза;
значительному упрощению процесса подготовки топлива к заправке;
улучшению экологических показателей оистемы подготовки топлива за счет исключения из технологического процесса холодильных машин, рабочим веществом которых является фреон.
4. В результате работы виявлена оптимальная область изменения режимных параметров установки.
Апробация работы.
Результаты работы докладывались на Международной научно-практической конференции "Криогеника-9Іп в г.Москва. Материалы диссертации публиковались в журналах "Ракетно-космическая техника" (г.Сергиев Посад) и "Нефтяное и химическое машиностроение" (г.Москва).
По теме диссертации получен один патент Российской Федерации. .-,.
Объем диссертации.
Диссертационная работа оостоит из введеная, шести глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы. Объем работы 152 страниц. Количество иллюстраций 36. Библиография включает 61 наименование.