Содержание к диссертации
стр.
АННОТАЦИИ 4
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА I. ЗАРОЖДЕНИЕ И НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ РАЗВИТИЯ ПАТОВОЙ
ФАЗЫ ПРИ КИПЕНИИ ЖИДКОСТЕЙ (по литературным ис
точникам) 8
І.І.Зародьшіеобразование при кипении жидкостей 8
1.2.Начальная стадия развития паровых и газовых
пузырьков 21
1.3.Исследование распределения температуры в теп
ловом пограничном слое 33
1.4.Рост паровых пузырьков на твердой поверхности
нагрева 40
1.5.Выводы и постановка задачи 50
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ МЕТО
ДОМ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ 52
2.1.Оптические методы исследования теплообмена в
жидкостях 53
2.2.Описание экспериментальной установки и методики
проведения эксперимента 70
2.3. Результаты эксперимента и их анализ 80
2.4.В ы в о д ы 100
ГЛАВА 3. ЗАРОЖДЕНИЕ ПАТОВОЙ ФАЗЫ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ
ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ 101
3.1. Обоснование выборе методики эксперимента и об
работки данных 101
3.2.Возможный механизм зарождения паровой фазы при
электролизе перегретой жидкости 105
3.3. Экспериментальное исследование зародышеобразо-
вания при электролизе перегретой жидкости НО
3.41.Анализ результатов эксперимента и влияния кинетических процессов на начало кипения жидкостей.. 117 3.4.2.Кинетическая модель начала кипения жидкостей... 119
3.5. В ы в о д ы 125
ГЛАВА 4. НАЧАЛЬНЫЙ РОСТ ПАРОГАЗОВЫХ ЗАРОДЫШЕЙ В
ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ 127
4.1.Методика проведения эксперимента и обработки
экспериментальных данных 127
4.2.Анализ характеристических данных времен начальной
стадии роста парогазовых зародышей 135
4.3. Модель роста парогазовых пузырьков в начальной
стадии развития 141
4.4. Вы в о д ы 154
ГЛАВА 5. МОДЕЛЬ РОСТА ПАРОВЫХ ПУЗЫРЬКОВ В ТЕПЛОВОМ ПОГРА
НИЧНОМ СЛОЕ ЖИДКОСТИ НА ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА
ГРЕВА 155
5.1.Зависимости для скорости роста паровых пузырь
ков в ТЛЄ 157
5.2.Модель изменения толщины микрослоя жидкости в
основании растущего парового пузырька 176
5.3. В ы в о д ы 183
ВЫВОДЫ 184
ЛИТЕРАТУРА 186
_ 4 -
АННОТАЦИп
Работа посвящена изучению зарождения и динамики начальной стадии развития паровой Фазы в перегретой жидкости на металлических поверхностях нагреЕа.
В работе получены эмпирические зависимости распределения температуры в тепловом пограничном слое для воды, этанола и глицерина. Проведены экспериментальные и теоретические исследования зарождения парогазовых пузырьков при электролизе перегретой жидкости. Приводятся анализ энергетического взаимодействия перегретой жидкости и металлической поверхности.
Получены экспериментальные данные, свидетельствующие о существовании минимума скорости роста паровых и парогазовых пузырьков в докритической стадии. Предложена модель развития парогазовых пузырьков в докритической стадии с учетом присутствия в жидкости инородного газа.
Приводятся зависимости для определения скорости роста паровых пузырьков на твердой поверхности нагрева в начальной стадии развития.
Работа выполнена на кафедре теплоэнергетики Рижского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени А.Я.Пельше.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
О, - коэффициент температуропроводности, —- ;
С - удельная теплоемкость,-^-^
В- коэффициент диффузии, -tL-
6- газовая постоянная, **№. ;
КГ-К ' г
г - площадь поверхности теплообмена,М , Q - ускорение силы тяжести,-j&; р - давление, Жо,
Г - теплота фазового перехода, JzzfL ; R - радиус, М; Lj,0 - тепловой поток, плотность теплового потока,Вт,
Т,аТ- температура, разность температур, К;
р dK м
1^,-7—- скорость перемещения границы пузырька,-^-/
~ Вт
(тС - коэффициент теплоотдачи,--тг- /
О - толщина, м;
% - Коэффициент ТеПЛОПрОВОДНОСТИ, 77" і
"9 - коэффициент кинематической ВЯЗКОСТИ, ——— '
р~ плотность,—J /
б - коэффициент поверхностного натяжения,—--
м '
t - время,С .
ИНДЕКСЫ - относящиеся к жидкости, " - относящиеся к пару, СТ - относящиеся к поверхности нагрева, Н - на линии насыщения,
со - относящиеся к параметрам объема жидкости, up - критические параметры.
Остальные обозначения приводятся в тексте.
- б -
Введение к работе
Огромная практическая значимость процессов кипения в современной науке, технике и технологии, с одной стороны, и отсутствие завершенной, стройной и непротиворечивой теории кипения, с другой стороны, делают актуальными большинство исследований, проводимых по изучению различных теплойизических и гидродинамических аспектов фазовых переходов при кипении чистых жидкостей и их смесей в самом широком диапазоне температур, давлений, режимных параметров, конструктивных особенностей и т.д. Интерес к исследованию проблем кипения в последнее время возрос еще и потому, что исследование данного вида теплообмена является эффективным средством отвода значительных удельных тепловых потоков и обеспечения высокой надежности и стабильности работы многих энергонапряженных устройств ряда отраслей новой техники.
Обязательным условием решения проблемы теплообмена при кипении и, следовательно, увеличения экономичности и надежности теплоиспользующего оборудования, несомненно, является создание теории начала кипения жидкостей в гетерогенных системах. Сложность начальной стадии (зародышеобразования, докритического и доасимптотического развития паровой Фазы) кипения жидкостей на твердой поверхности нагрева, бесспорно, требует проведения новых теоретических и экспериментальных разработок, так как в большинстве ранее выполненных работ не учитываются многие аспекты взаимодействия кипящей жидкости и поверхности нагрева.
В этом плане представляется необходимым изучение энергетического взаимодействия твердой поверхности и перегретой жидкости, так как учет одних лишь теплофизических свойств системы
не может дать ответа на ряд спорных вопросов теории кипения. Видимо, следует указать, что в современных работах недостаточно рассматривается роль молекулярной структуры кипящей жидкости и присутствия в ней газовых или подобных им по своему энергетическому состоянию молекул, что приобретает особенно важное значение при закипании жидкостей.
Образование и начальная стадия роста паровых и парогазовых пузырьков происходит в непосредственной близости от поверхности нагрева. Микроскопические размеры пограничного слоя не позволяет применять здесь обычные методы измерений, следовательно, возникает необходимость разработки и внедрения бесконтактных оптических методов количественных измерений.
Много нерешенных вопросов все еще остается в теории развития паровых пузырьков в градиентом температурном поле на твердой поверхности нагрева. Особый интерес в этой области представляет проблема о соотношении количества теплоты, подводимой в пузырек на разных его участках, включая возможную конденсацию пара на вершине за пределами теплового пограничного слоя. Представляется необходимыми дальнейшие исследования по изучению роли и механизма образования, и роста сухого пятна под паровым пузырьком и распространения флуктуации температур в твердом теле.
Настоящая работа посвящена изучению условий начала кипения, вопросам зародышеобразования и начальной стадии развития паровых и парогазовых пузырьков на твердой поверхности нагрева.
