Введение к работе
Актуальность проблемы. По состоянию на 1994 г. общая картина исследований по проблеме кризиса кипения может быть представлена в следующем виде. Отсутствие специального математического аппарата не позволяет решить задачу аналитического описания турбулентности в трехмерном пространстве. Последовательная теория фазового перехода."Жидкость - пар" не разработана, что не позволяет выявить его временные закономерности. Аналитические зависимости, описываздие турбулентный теплообмен, отсутствуют. Общая.теория кипения хладагентов в испарительных шлангах охлаждающих систем не построена.
Отсутствие критического анализа и обобщения опубликованных в печати рекомендаций по расчетам процесса кипения хладагентов не способствует совершенствованию функциональной эффективности рабочих каналов испарителей холодильных машин.
В связи с этим исследование, посвященное теоретическому я экспериментальному обоснованию особенностей работы вертикально-трубных и кольцевых испарительных шлангов жидкостных охлаздающях систем, следует признать целесообразным и обоснованным.
Паль и задачи. Цель» данного исследования является обобщеіше научных данных по проблеме кризиса кипеншг хладагентов и совершенствование на этой основе функциональной эффективности рабочих каналов вертикально-трубных испарителей жидкостных систем охлаждения. В соответствии с поставленной целью в диссертации были сформулированы следующие основные задачи:
осуществить коррекцию математической модели критической плотности теплового потока Томсона - Макбета - Боуринга; выделить типовые экспериментальные стенда, методики исследования и необходимые массивы опытных данных;
на основе адекватной формализации экспериментальных данных разработать просгейшуп схему кризиса теплоотдачи при кипении хладагентов в вертикально-трубных испарительных шлангах;
выявить общие связи между различными системами охлаждения и их расчетными моделями;
предложить математическую модель тепловой нагрузки, изменяющейся как по длжне, так и по периметру испарительного шланга;
4.
разработать новую конструкцию испарительного шланга. Объекты и методы. В качестве объектов изучения были приняты жидкостные системы охлаждения; в качестве предмета изучения был выбран кризис теплоотдачи в вертикально-трубных и кольцевых каналах испарителей; в качестве метода .изучения был выбран теоретико-системный анализ экспериментальных данных, опубликованных в открытой печати; в качестве исчисления было принято логико-математическое исчисление. Научная новизна. Осуществлено впервые обобщение научных данных да проблеме кризиса теплоотдачи в испарительных шлангах холодильных машин за период I9I7-I994 гг. Обнаружено несоответствие математической модели Томсона - Макбета - Боуринга опубликованным в мировой печати экспериментальным данным. Предложенные в диссертации изменения структуры указанной модели позволили существенно сблизить результаты расчетов по ней и результаты опытов. Разработана система единообразного представления опытных данных, описывающих закономерности кризиса кипения хладагентов, позволяющая находить новые связи между ними. Предложена гипотеза инверсии кривой относительного избыточного перепада давления вследствие спонтанного разрушения перемычек при движении двухфвзного потока хладагента в испарительном шланге. Разработана математическая модель функции F s (х) , удовлетворительно описывающая это явление. Предложена классификация математических моделей кризиса теплоотдачи по признаку "стимул - реакция". Практическая ценность. Разработаны расчетные формулы для нахождения зависимости критической плотности теплового потока от основных факторов процесса кипения хладагентов. Предложено уравнение и получена расчетная формула для нахождения зависимости коэффициента теплоотдачи от текущего паросодержа-" ния по высоте испарительного шланга. Разработана расчетная модель числа " /\/« ", адекватная экспериментальным данным Нлека. Разработана новая конструкция вертикально-кольцевого испарительного шланга, позволяющая существенно, уменьшить его эквивалентный диаметр.
Дпробация работы. В полном объеме диссертация была обсуждена и одобрена на заседании кафедры "Холодильная техника" МТАЇЇБ (1993 г.).
5.
Реализация работы. Результаты исследований и рекомендации были использованы НПО "Агрохолодпром" при разработке технических заданий на проектирование скороморозильных аппаратов для замораживания мелкоштучных изделий из' теста с начинками (1990 г., 1991 г.) и на проектирование водовоздушных систем охлаждения вареных колбас и мяса (1990 г., 1992 г., 1993 г.). Публикации. По материалам диссертации опубликовано три печатные работы, два отчета го НИР и получен один патент на изобретение .
Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложений. Работа изложена на 349 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц,
54 рисунка , 12 приложений на 154 страницах, библиография включает 142 наименования работ отечественных и зарубежных.исследователей.
Автор защищает: . результаты анализа и обобщения информации по кризису теплоотдачи в рабочих каналах испарителей холодильных машин; метод редукции изученного массива экспериментальных данных к обобщенной форме представления функциональных зависимостей; результаты коррекции модели кризиса кипения жидкостей Томсо-на'-.Макбета - Боуринга;
комплекс математических моделей, описывающих зависимость критической плотности теплового потока от основных факторов процесса кипения; систему классификации математических моделей по признаку "стимул - реакция";
аналитические результаты исследования, обобщающие формализованное описание линейных и нелинейных моделей кризиса теплоотдачи высоко- средне- и низкотемпературных хладагентов в испарителях холодильных машин;
общую модель кризиса теплоотдачи, обобщающую на качественном уровне особенности кипения хладагентов в различных системах охлаждения и расчетные модели для нахождения критической структуры пароаидкостного потока хладагента; новую , модель испарительного шланга и построенную на его основе конструктивную схему испарителя холодильной машины.
6.
Во введении обоснована актуальность проблемы и указаны основные направления решения ее частных задач.