Содержание к диссертации
АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 6
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 9
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ
§ I. Модели пузырькового кипения II
§ 2. Влияние -состояния и свойств теплоотдающей поверхности на теплообмен при пузырьковом кипении.. 17
2.1. Центры парообразования и зарождение паровой фазы 17
2.2. Влияние теплофизических свойств материала теплоотдающей поверхности 21
§ 3. Режимы течения двухфазной смеси в трубах 26
§ 4. Пузырьковое и конвективное кипение в канале. Режимные параметры, влияющие на реализацию того или иного вида кипения 32
§ 5. Соотношения, не учитывающие возможность существования двух различных при вынужденном течении в канале 36
§ 6. Уравнения, учитывающие зависимость коэффициента ,теплоотдачи от кипения в канале 44
§ 7. Кипение с недогревом 52
§ 8. Экспериментальные работы по изучению процесса кипения криоагентов при вынужденном движении в трубах... 57
ГЛАВА II. ОБОБЩЁННОЕ СООТНОШИ-ШЕ ДЛЯ ПУЗЫРЬКОВОГО КИПЕНИЯ КРИОГЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ В КАНАЛАХ
§ I. Сравнение известных экспериментальных данных с не ,которыми расчётными соотношениями по теплообмену 72
§ 2. Криогенные жидкости как обособленная группа теплоносителей 78 .
§ 3. Отбор экспериментального материала для анализа 79
§ 4. Математическое описание процесса 82
§ 5. Регрессионный анализ : .86
§ 6. О выборе критерия, учитывающего влияние теплофизических свойств стенки 90 .
§ 7. Приближённая теория пузырькового кипения в трубах ,при вынужденном движении и обобщённое соотношение... 96
ГЛАВА III. ЭКСПШМВДТАЛШАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА. ,ИССЛЕДОВАНИЯ
§ І. Принципиальная схема установки НО
§ 2. Экспериментальный участок 115
§ 3. Методика экспериментального исследования 123
§ 4. Обработка экспериментальных данных и погрешность эксперимента 126
§ 5. Схема измерений и автоматизация эксперимента 129
ГЛАВА ІУ. ЭКСПЕРШШТАЛЪШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
§ I. Зависимость теплоотдачи от теплового потока; 143
§ 2. Зависимость коэффициента теплоотдачи от давления в системе 148
§ 3. Зависимость теплоотдачи от содержания 151
§ 4. Влияние материала стенки трубы на коэффициент теплоотдачи при пузырьковом кипении крноагентов в условиях вынужденного движения 156
§ 5. Обобщение результатов эксперимента 161
ВЫВОДЫ 165
ЛИТЕРАТУРА 172
Введение к работе
В последние десятилетия интенсивное развитие переживают такие отрасли, как радиоэлектроника, кибернетика, криогенная техника, успешно решаются крупные энергетические проблемы, в том числе управляемый термоядерный синтез," преобразование энергии-в магнито-гидродинамиче ских генераторах, продолжаются интенсивные коомичес-кие исследования. Прогресс в этих направлениях связан, как правило, с созданием сложного дорогостоящего оборудования, оптимизация режима и повышение надёжности работы которого даёт большой эконо-мический эффект и имеет огромное народохозяйственное значение.
Надёжность различного рода радиоэлектронных, кибернетических устройств, стабильность сверхпроводящего состояния обмоток мощных магнитов связаны, чаще всего, с поддержанием расчётного температурного режима, выход за пределы которого может привести к аварии. В последнее время как способ высокоинтенсивного отвода теплоты от охлаждаемого объекта всё чаще применяются процессы кипения. Так, например, процесс кипения является самым эффективным способом охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и позволяет обеспечивать нормальный режим работы даже при весьма значительных мощностях рассеивания в системе [і] . Широкое применение получили магниты погружного типа, где охлаждаемые обмотки находятся в кипящем гелии, что обеспечивает интенсивный теплосъём. Кроме того, основным типом ядерного реактора для производства электроэнергии в будущем будет реактор, охлаждаемый кипящей водой, и надёжный отвод теплоты является важным звеном в вопросе обеспечения абсолютной надёжности таких установок. •
Таким образом, в технике находят всё более широкое применение процессы и технологии, где охлаждение различного рода объектов происходит за счёт кипения жидкостей и требование экономичности систем и агрегатов, их эксплуатационной надёжности, оптимизации режимов функционирования делают необходимым получение достоверен количественной, информации по вопросу гидродинамики и теплопередачи в двухфазных потоках. Приближённые оценки и применение грубых и неточных расчётных рекомендаций совершенно непригодны при детальном проектировании больших и сложных систем. Этим объ ясняется всё возрастающий интерес учёных к этой области теплообмена. у
Вопросами .изучения процессов кипения в последние десятилетия занимались ведущие специалисты в области тепло- и массообмена, но несмотря на значительный интерес исследователей и большие усилия в этом направлении, нет единой теории кипения, и никому пока не удалось представить надёжное универсальное соотношение, которое удовлетворило бы инженеров и проектировщиков. Применение для расчета кипения в каналах известных методик приводит, как правило, к существенным ошибкам, о чём говорят результаты сравнений, приведенных в диссертации. Особенно большие трудности встречаются при теоретическом анализе процессов кипения, который возможен лишь в отдельных простейших случаях.
В настоящее время имеется большое количество публикаций по вопросу гидродинамики двухфазных систем и теплообмена при кипении, но подавляющее большинство из них относится к исследованию обычных жидкостей, в то время как изучение процессов кипения криоа-гентов приобретает всё возрастающую научную и практическую ценность. Исследования по криоагентам имеют, в основном, эмпирический характер и в настоящее время опубликовано всего около 20 работ, посвященных этому вопросу. В литературе, доступной широко, имеются экспериментальные данные по азоту, аргону, водороду, неону и гелию.
В работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена при пузырьковом кипении криогенных жидкостей в условиях вынужденного движения, представлена обобщенная методика расчета теплоотдачи.
В работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Дана обобщенная методика для расчета теплоотдачи при пузырьковом кипении криоагентов в условиях вынужденного движения в канале. Проведено, теоретическое исследование процесса.
2. Проведен статистический анализ для получения критериального уравнения, с хорошей точностью описывающего процесс пузырькового кипения криоагентов при вынужденном течении в канале.
3. Представлена приближенная теория пузырькового кипения криогенных жидкостей в каналах при вынужденной циркуляции.
4. Проведено экспериментальное исследование кипения азота в вертикальном канале для получения данных по влиянию на процесс различных режимных параметров, а также по влиянию свойств материала поверхности нагрева.
Результаты, полученные в работе, могут быть использованы для более строгих и обоснованных теплотехнических расчетов систем и аппаратов с использованием процессов пузырькового кипения ЇЇ испарения криогенных жидкостей в каналах в условиях вынужденной циркуляции.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук старшему научному сотруднику Б.В.Клименко за постоянные научные консультации в течение всего времени выполнения данной работы.
