Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов интенсификации теплообмена в зоне генерации пара в испарительных установках 13
1.1. Предпосылки интенсификации теплоотдачи в зоне кипения воды в испарительных установках 13
1.2. Интенсификация теплоотдачи при кипении за счет использования капиллярно-пористых покрытий 17
1.3. Интенсификация теплоотдачи за счет использования капиллярных щелевых каналов 20
1.4. Анализ исследований кипения в клиновидных каналах 26
Глава 2. Приближенная модель гидродинамики и теплообмена на парогенерирующих поверхностях с использованием капиллярных щелевых каналов расширяющихся в поперечном направлении 37
2.1. Анализ движущих сил, действующих на паровые пузыри в капиллярном канале, расширяющемся в поперечном направлении 37
2.2. Интегральные характеристики бокового ускорения и их анализ 54
2.3. Анализ условий теплообмена при кипении в тупиковом капиллярном канале с поперечным углом раскрытия 59
2.3.1. Приближенная модель процесса кипения жидкости в канале тупикового типа с поперечным углом раскрытия 60
2.3.2. Вывод уравнения для расчета теплоотдачи при кипении в капиллярном щелевом канале с поперечным углом раскрытия 62
2.4. Определение истинного объемного паросодержапия при кипении в тупиковом капиллярном канале с поперечным углом раскрытия 74
2.5. Анализ уравнения для расчета теплоотдачи при кипении в канале с поперечным углом раскрытия 85
Глава 3. Экспериментальная установка для исследования теплообмена на парогенерирующих поверхностях с клиновидными каналами 94
3.1. Конструкция теплопередающей стенки 94
3.2. Конструкция рабочего участка 97
3.3. Тарировка плотности передаваемого теплового потока 102
3.4. Проверка глубины заделки термопар 105
3.5. Состав экспериментальной установки и ее элементы 108
3.6. Порядок проведения опытов и обработка результатов 111
3.7. Анализ погрешностей экспериментов 114
Глава 4. Экспериментальное исследование кипения на парогеиерирующси поверхности с клиновидными каналами 121
4.1. Сравнение экспериментальных данных по кипению жидкости в капиллярных каналах с теорией 122
4.2. Пределы применимости расчетных соотношений 126
4.3. Методика инженерного расчета теплоотдачи в теплообменниках-испарителях с организацией кипения в капиллярных клиновидных каналах расширяющихся в поперечном направлении 129
4.4. Теплообменник-испаритель с клиновидными каналами и его сравнительные характеристики 139
Выводы 143
Список литературы 144
- Интенсификация теплоотдачи при кипении за счет использования капиллярно-пористых покрытий
- Анализ условий теплообмена при кипении в тупиковом капиллярном канале с поперечным углом раскрытия
- Тарировка плотности передаваемого теплового потока
- Методика инженерного расчета теплоотдачи в теплообменниках-испарителях с организацией кипения в капиллярных клиновидных каналах расширяющихся в поперечном направлении
Введение к работе
Испарительные установки используются для подготовки питательной воды промышленных котельных, для обработки сточных вод и в других теп-лотехнологических процессах промышленных предприятий. При всем разнообразии технологических процессов, которые в них осуществляются, во всех этих аппаратах происходит кипение нагреваемого теплоносителя.
С целью снижения энергозатрат, испарительные установки делают многоступенчатыми. Это позволяет использовать пар, получаемый в одном из корпусов испарительной установки в качестве греющего теплоносителя в следующем корпусе. Практическое осуществление этой задачи непосредственно связано с необходимостью снижения температурного напора между теплоносителями в каждом из корпусов такой установки. Соответственно снижается плотность теплового потока, передаваемого через поверхность теплообмена испарителя, увеличивается ее требуемая площадь. Кроме того, снижение тепловой нагрузки приводит к тому что, начиная с определенных значений плотности теплового потока, становится невозможным обеспечить устойчивый процесс кипения воды при традиционной геометрии поверхности теплообмена.
Эффективность процесса теплопередачи в испарительных установках существенно зависит от интенсивности теплоотдачи в зоне кипения воды, так как греющим теплоносителем является водяной пар. Поэтому термические сопротивления теплоотдачи с обеих сторон поверхности теплообмена соизмеримы между собой.
Величина коэффициента теплоотдачи при кипении зависит от плотности передаваемого теплового потока. При сравнительно низких значениях плотности теплового потока величина коэффициента теплоотдачи при кипении на поверхностях традиционной геометрии не слишком высока и поэтому
может составлять заметную долю в общем термическом сопротивлении процесса теплопередачи. Это существенно снижает эффективность процесса теплообмена.
В трудах академика РАН А.И. Леонтьева и его сотрудников (МГТУ) [1—5], а также в работах проф. В.А. Григорьева и доц. Ю.И. Крохина (МЭИ) [6, 7], выполнены теоретические и экспериментальные исследования метода интенсификации теплообмена при кипении, связанного с организацией этого процесса в щелевых каналах, с величиной зазора между стенками, не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости. Результаты этих работ показали, что использование капиллярных щелевых каналов позволяет увеличить интенсивность теплообмена при кипении в 3—7 раз по сравнению с кипением в «большом объеме». Наряду с этим было установлено |3, 6, 8], что использование плоскопараллельных щелевых каналов с эвакуацией пара в продольном направлении существенно ограничивает максимально допустимую плотность передаваемого теплового потока. Это связано с наступлением кризиса теплообмена, возникающего в результате полного высыхания пленки жидкости, отделяющей паровые пузыри от греющей стенки канала. В связи с тем, что высота греющих секций испарительных установок составляет от 1,6 метра [9] и более, использование в них капиллярных щелевых каналов с эвакуацией пара в продольном направлении из за указанной проблемы становится неприемлемым.
Перспективным вариантом увеличения предельно допустимой плотности передаваемого теплового потока при кипении теплоносителя в конструктивных элементах теплообменника, выполненного с использованием капиллярных щелевых каналов, может быть применение клиновидных каналов, расширяющихся в поперечном направлении. Такое конструктивное решение может позволить производить эвакуацию пара из капала в поперечном направлении, за счет действия капиллярных сил.
Результаты работы позволят обоснованно выбрать вариант конструктивного решения испарительной зоны теплообменного аппарата с повышенной интенсивностью теплообмена в зоне кипения за счет организации этого процесса в капиллярных каналах и рассчитать их геометрию таким образом., чтобы обеспечить максимально возможную для расчетной тепловой нагрузки величину коэффициента теплоотдачи.
Сущность предлагаемой разработки состоит в практическом приложении метода интенсификации теплоотдачи при кипении жидкости, основанном на организации этого процесса на поверхностях теплообмена снабженных системой клиновидных капиллярных щелевых каналов, расширяющихся в поперечном направлении. Данное техническое решение может позволить разработку высокоэффективных теплообменных аппаратов, в которых коэффициент теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя в 3-5 раз выше, чем в теплообменниках с традиционной геометрией зоны кипения.
Целью настоящей работы является:
Теоретическое и экспериментальное исследование теплообмена в зоне генерации пара рекуперативного теплообменника, выполненного с использованием клиновидных капиллярных каналов, расширяющихся в поперечном направлении, для обоснованного выбора их конструктивных и геометрических параметров при проектировании испарительных установок промышленных предприятий. Основными задачами работы являются:
Разработка соотношений для расчета теплоотдачи в зоне кипения испарительных установок с клиновидными капиллярными каналами, расширяющимися в поперечном направлении в условиях эвакуации пара через боковой торец канала;
Экспериментальное исследование теплообмена в зоне кипения с использованием клиновидных капиллярных каналов, расширяющихся в поперечном направлении и его сопоставление с результатами теоретического анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработаны расчетные соотношения для определения коэффициента теплоотдачи в зоне кипения испарительных установок с клиновидными капиллярными каналами, расширяющимися в поперечном направлении. Определены пределы их применимости по диапазону изменения модифицированных чисел Рейнольдса, Лапласа, Бонда.
Получены опытные данные по интенсивности теплоотдачи в зоне кипения испарительных установок с клиновидными капиллярными каналами, расширяющимися в поперечном направлении. Выявлены преимущества использования клиновидных каналов в области малых и умеренных значений плотности теплового потока.
Выполнен сравнительный анализ результатов эксперимента и теоретических данных, выявивший их удовлетворительное согласование и показавший применимость разработанных расчетных соотношений при конструировании испарительных установок с использованием клиновидных капиллярных каналов, расширяющихся в поперечном направлении.
Показано что использование в пластинчатых теплообменниках-испарителях клиновидных капиллярных каналов, расширяющихся в поперечном направлении, позволяет обеспечить устойчивый режим кипения при плотности теплового потока в 3—4 раза мснь-
шей, чем в традиционных условиях и в 2—3 раза повысить интенсивность теплоотдачи.
Практическая значимость и реализация результатов работы:
Результаты работы позволяют обоснованно выбрать геометрические параметры поверхности теплообмена рекуперативного аппарата с использованием в зоне кипения теплоносителя клиновидных капиллярных каналов, расширяющихся в поперечном направлении. Полученные расчетные уравнения позволяют определить значения коэффициента теплоотдачи при кипении в клиновидных капиллярных каналах, расширяющихся в поперечном направлении при различных значениях минимального и максимального щелевого зазора, различной ширине канала и плотности теплового потока подводимого к греющей стенке.
Результаты работы также будут использованы в учебном процессе по курсу «Тепло- массообменпые процессы и установки». Экспериментальную установку предполагается использовать при проведении научно — исследовательских работ студентов.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций нод-тверждается использованием современных методов исследования, тщательным анализом возможных погрешностей измерений, сопоставлением результатов экспериментов с опытными данными других авторов и согласованием полученных экспериментальных данных с результатами теоретического исследования.
Апробация работы: Основные результаты и положения работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» в 2004 г.; на научных семинарах кафедры промышленной теплоэнергетики
Московского государственного индустриального университета в 2006, 2007, 2008 г.г.; на VII Международной научно-практической конференции «Молодые ученые-промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения» в 2007 г.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 7 работ в научных изданиях. Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов списка литературы из 65 наименований.
Работа содержит 152 страницы основного машинописного текста, 52 рисунков.
Интенсификация теплоотдачи при кипении за счет использования капиллярно-пористых покрытий
Исследования теплообмена при кипении на поверхности с пористым неметаллическим покрытием, выполненные В.Н. Даниловой и сотрудниками [18, 19] показали, что наилучшие результаты по интенсификации теплоотдачи дают покрытия в виде фторопластовых пятен или сеток с
определенными размерами ячеек. Сочетание греющей стенки, хорошо смачиваемой кипящей жидкостью с плохо смачиваемым капиллярным покрытием позволило сохранять устойчивые действующие центры парообразования по всей поверхности греющей стенки. Достигнуто двукратное увеличение коэффициента теплоотдачи.
Более перспективным методом интенсификации теплообмена при кипении является использование пористых металлических покрытий поверхности теплообмена, которые могут наноситься различными методами: напылением, электрохимическим осаждением, спеканием с поверхностью теплообмена металлических порошков или других частиц. Как показали результаты работ различных авторов [19, 20], использование металлических пористых покрытий приводит к увеличению числа действующих центров парообразования, к уменьшению отрывного диаметра и увеличению частоты отрыва паровых пузырей. Также уменьшается плотность теплового потока, соответствующая началу закипания жидкости, а коэффициент теплоотдачи может быть в 5 - 10 раз выше, чем на гладкой поверхности теплообмена.
Наибольшая интенсификация теплоотдачи при кипении была получена [19, 20] при нанесении металлического покрытия методом спекания. Причем максимум выигрыша от использования капиллярного покрытия наблюдается в области малых тепловых нагрузок и малых давлений. На рис. 1.3 представлено сопоставление данных по интенсивности теплоотдачи при кипении хладона R-22 на различных поверхностях нагрева [20].
Сравнивая представленные результаты можно заметить, что плотность теплового потока 3-7 кВт/м" достигается на пучках из гладких труб при перегреве стенки 0 — tCT - tи =3-5 С, на оребреиных трубах при 0 tCT—tH =1.8 — 3 С, а при использовании покрытия из спеченного порошка при в - tCT — tn = 0.35 - 0.8 С.
Метод интенсификации теплоотдачи при кипении за счет использования капиллярных металлических покрытий безусловно перспективен и, в частности, хорошо себя зарекомендовал в холодильной и криогенной технике в случаях, когда капиллярная структура покрытия не засоряется различного рода отложениями, возникающими или за счет разложения в процессе эксплуатации теплообменника самой кипящей жидкости, либо за счет медленных химических реакций между жидкостью и стенкой. Такая капиллярная структура может засоряться и веществами, поступающими в теплообменник извне вместе с потоком кипящей жидкости. Кроме того, нанесенное на поверхность теплообмена капиллярно-пористое металлическое покрытие может интенсифицировать теплоотдачу при кипении только в том случае, когда оно на протяжении всего периода эксплуатации теплообменник хорошо смачивается кипящей жидкостью. С учетом этих обстоятельств, использование капиллярно-пористого покрытия поверхности теплообмена со стороны кипящей жидкости в целом ряде технических задач, в том числе и в испарителях промышленных предприятий, оказывается неприемлемым.
Для того чтобы обоснованно определять конструкцию зоны кипения теплоносителя, в которой для интенсификации теплоотдачи используются капиллярные щелевые каналы, необходимо знать, что дает их применение и как их конструктивные и геометрические параметры влияют па процесс теплопередачи. Поэтому здесь уместно кратко рассмотреть некоторые выводы, к которым пришли различные исследователи кипения жидкосіей в капиллярных каналах, то есть в каналах с величиной щелевого зазора не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости.
Так Н.Г. Рассохин и Р.С. Швецов [21] исследовали локальные коэффициенты теплоотдачи при пузырьковом кипении воды в кольцевых каналах. Тепловая нагрузка изменялась в пределах от 0,2-106 до 1,4-106 Вт/м2, величина кольцевого зазора изменялась от 1 до 4 мм, массовое паросодержание от 0 до 11%, скорость циркуляции от 2 до 12 м/сек.
Авторы пришли к выводу, что в условиях напорного движения влияние скорости циркуляции на коэффициент теплоотдачи может проявляться различным образом. Конкретное проявление этого влияния зависит от сочетания величин тепловых потоков, паросодержаний и эквивалентного диаметра. Кроме того, было показано, что для кольцевых каналов с относительно малыми эквивалентными диаметрами при достижении определенных паросодержаний имеет место резкое увеличение интенсивности теплоотдачи с ростом паросодержания. Е.К. Аверин и Г.Н. Кружилин [22] исследовали теплообмен при кипении воды внутри кольцевого зазора шириной 8 мм в условиях вынужденной циркуляции. Авторы показали, что в области 7 405000 Вт/м2с ростом скорости циркуляции коэффициент теплоотдачи увеличивается, однако для плотности теплового потока превышающей 405000 Вт/м2 теплоотдача с увеличением скорости циркуляции ухудшалась.
А.И. Рынков и В.К. Хохлов [23] исследовали теплообмен при кипении воды в кольцевых щелях при атмосферном давлении. Величина кольцевого зазора соответственно составляла: 4,75 мм; 2,25 мм и 1,75мм. Как следует из полученных ими данных, интенсивность теплоотдачи зависит от величины кольцевого зазора и тепловой нагрузки.
В работе Н.И.Сагань, П.Ю.Тобилевича [24] исследовался теплообмен при кипении воды в вертикальных кольцевых каналах в условиях естественной циркуляции. Величины зазоров составляли: 1,85; 2,7; 6,05; 11,6 мм. Результаты экспериментов представлены на рис. 1.4. Здесь же дано сопоставление с данными работы [25]. Авторы считают, что интенсивность теплоотдачи при кипении в узких кольцевых каналах определяется совместными условиями паросодержания и гидродинамики потока и как следует из данных, представленных на рис. 1.4, зависит от величины щелевого зазора.
Анализ условий теплообмена при кипении в тупиковом капиллярном канале с поперечным углом раскрытия
В работах [28,29] содержится подробный анализ гидродинамики и теплообмена при кипении в плоскопараллельных щелевых каналах тупикового типа, т. е. каналах, в которые жидкость может поступать лишь навстречу потоку пара. Подобное конструктивное исполнение канала, как это отмечено в [29], дает дополнительные преимущества с точки зрения интенсификации теплоотдачи. По-видимому, эти преимущества могут сохраниться и в случае использования каналов тупикового типа с поперечным углом раскрытия. Ис ходя из этих предпосылок, имеет смысл применить общий подход и некоторые результаты теоретического анализа, выполненного в [301, при анализе кипения в клиновидных каналах. Следует отметить, что простое, механическое использование полученных в указанных работах уравнений, неприемлемо для описания кипения в клиновидных каналах, потому что изменяется смысл некоторых переменных, а также добавляются новые. Однако общая идея описания гидродинамических характеристик и их взаимосвязи с теплообменом при кипении может быть с успехом применена при анализе кипения в капиллярных каналах с поперечным углом раскрытия.
Для описания процесса пузырькового кипения в капиллярном щелевом канале с поперечным углом раскрытия принимается следующая модель.
Щелевой канал образован двумя плоскими стенками (рис. 2.10). Греющей является одна из стенок канала. Полагаем, что выполняется условие постоянства плотности подводимого теплового потока по высоте и ширине канала. В результате подвода теплоты, в щелевом зазоре, заполненном жидкостью, образуются паровые пузыри, которые в процессе своего роста сплющиваются между стенками канала и всплывают вверх под действием архимедовой подъемной силы, а также движутся в боковом направлении за счет действия капиллярных сил, как это показано выше.
Исходим из того, что выполняется условие смачивания стенок канала кипящей жидкостью. Паровые пузыри отдалены от греющей стенки тонким слоем жидкости. Полагаем, что основная доля теплоты подводиіся к пузы рям через этот слои посредством молекулярной теплопроводности и расходуется на генерацию пара. Таким образом, испарение происходит главным образом с поверхности слоя жидкости, отделяющего паровой пузырь от греющих стенок. Каждый участок стенок, образующий щелевой канал, с течением времени попеременно занят либо паровым пузырем, либо жидкостной пробкой отделяющей пузыри друг от друга. Полагаем, что в случае прохождения мимо данного участка поверхности стенки канала парового пузыря, теплота предается главным образом через тонкую пленку жидкости, отделяющую пузырь от стенки, и расходуется на ее испарение. В случае, когда мимо данного участка поверхности греющей стенки проходит жидкостная пробка, отделяющая пузыри друг от друга, происходит конвективный теплообмен между стенкой и жидкостью. Средний по времени локальный коэффициент теплоотдачи при кипении в щелевом канале может быть определен путем интегрирования по времени мгновенного значения коэффициента теплоотдачи. Основные допущения. 1. Основная доля теплоты, подводимой к кипящей в канале жидкости, расходуется на генерацию пара. 2. Основная доля теплоты, подводимой к паровому пузырю, передается через слой жидкости, отделяющий его от стенок канала посредством теплопроводности. При кипении в щелевом канале часть его объема занята жидкостью, другая часть - паровыми пузырями (рис.2.10). Выделим в канале некоторый трапециевидный участок abed высотой hn, шириной у. Причем, направление оси у перпендикулярно направлению вектора ускорения СХ . Такая форма участка выбрана для рассмотрения в связи с тем, что для нее на линии cd путь, пройденный паровыми пузырями с момента их зарождения один и тот же, независимо от их положения по высоте канала (см. рис. 2.10). Истинное объемное паросодержание в сечении на высоте hn в текущий момент времени можно выразить как
Тарировка плотности передаваемого теплового потока
На начальном этапе сборки установки производилась сборка рабочего участка для экспериментального исследования кипения жидкости в клиновидных каналах, расширяющихся в поперечном направлении. Это сопровождалось промывкой и обезжириванием деталей рабочего участка, а также проверкой герметичности его основных элементов. Особо тщательной проверке подвергался основной измерительный элемент для проведения опытов - поверхность теплообмена. Контролировалась точность изготовления и обработки теплопередающих поверхностей. Проверялось электрическое сопротивление электронагревателей всех пяти секций поверхности теплообмена, после чего выполнялся их монтаж. В отладку включалась тарировка теплового потока, передаваемого через поверхность теплообмена. В начале, в соответствии со схемой, представленной на рис. 3.6, собирались конструктивные элементы, обеспечивающие проведение опыта. В их число входили рабочий участок 1 с установленной в нем стенкой 12, стабилизаторы напряжения 7, 16, автотрансформаторы 6, 15, ваттметры 5, 14, устройство отбора пара 3 и мерная емкость 10. Цель тарировки заключалась в определении плотности теплового потока, передаваемого через рабочую плоскость теплопередающей стенки 12 к кипящей в сосуде 1 жидкости при известной мощности, подводимой к электронагревателям теплопередающей стенки 12. Тарировка проводится следующим образом.
От стабилизатора 7 на охранный нагреватель 4 рабочего участка подается мощность, достаточная для обеспечения устойчивого кипения жидкости 2, заполняющей рабочий участок. Регулировку режима кипения обеспечивает автотрансформатор 7. Величина мощности, выделяющейся на нагревателе 4, фиксируется с помощью ваттметра 5. По достижении устойчивого режима кипения жидкости в полости рабочего участка, от стабилизатора 16 подается электрический ток на систему нагревателей теплопередающеи стенки 8. Мощность, выделяющаяся на нагревателях последней, регулируется автотрансформатором 15 и измеряется с помощью ваттметра 14. По достижении установившегося режима кипения на теплопередающеи поверхности стенки 8, к ней, с помощью специального устройства, плотно прижимается пароотборник 3. Пар, образующийся на участке теплопередающей стенки 8, ограниченном пароотборником, по трубке 17 поступает в измерительную емкость 9. Выходя через рассекатель 11 в объем жидкости, заполняющей измерительную емкость, он конденсируется. Массовый расход пара, сконденсировавшегося в измерительной емкости, рассчитывается следующим образом: где рж— плотность жидкости, заполняющей измерительную емкость, кг/м ; Fj,K2 — объем жидкости в мерной емкости в начале и конце отсчета времени, м ; т— промежуток времени между моментами определения объема жидкости, с. Кипящая в полости рабочего участка 1 жидкость имеет температуру, близкую к температуре насыщения. Поэтому исходим из того, что теплота, передаваемая через рабочую поверхность теплопередающей стенки 8, расходуется на парообразование. Таким образом, тепловой поток, передаваемый через участок теплопередающей стенки, ограниченный пароотборником 3, может быть найден следующим образом: где г— теплота парообразования кипящей жидкости для давления, при котором проводится опыт, Дж/кг.
Плотность теплового потока, передаваемого через участок рабочей поверхности теплопередающей стенки 8, ограниченный пароотборииком 3, соответственно равна где fn — площадь участка поверхности теплопередающей стенки, ограниченный пароотборииком, м2. Таким образом, путем последовательного перемещения пароотборпика 3 по поверхности теплопередающей стенки 8, определялась плотность теплового потока на ее различных участках. Указанный опыт проводился при различных значениях электрической мощности, подаваемой на электронагреватели теплопередающей стенки. В процессе проведения тарировочиых опытов выполнялось измерение энтальпии пара, поступающего в измерительную емкость 9, что позволило свести к минимуму погрешности измерений, связанные с уносом капель кипящей жидкости. Путем соответствующих регулировок, было достигнуто постоянство плотности теплового потока, передаваемого через стенку 8 с погрешностью, не превышающей 7% от средней по ее рабочей поверхности плотности теплового потока.
Методика инженерного расчета теплоотдачи в теплообменниках-испарителях с организацией кипения в капиллярных клиновидных каналах расширяющихся в поперечном направлении
Следует отметить, что измерение температуры теплопередающей стенки вблизи значений z = 0 и z = 0,096 м оказалось практически невозможным из-за краевых эффектов. Кроме того, большим значениям плотности передаваемого теплового потока соответствуют большие значения коэффициента теплоотдачи. На рис 4.6 представлены опытные и расчетные зависимости, характеризующие теплообмен при кипении в клиновидном канале расширяющемся в поперечном направлении при его минимальном щелевом зазоре Ъ0 0,7 мм, максимальном зазоре bi = 1,5 мм, ширине канала 1 = 96 мм, в его срединном сечении (z = 48 мм). Приведены опытные данные, соответствующие измере ниям температуры в точках, расположенных на высотах от основания канала h = 35,5; 60 и 84,5 мм. Как следует из уравнения (2.83) и построенной в соответствии с ним расчетной зависимости, при кипении в клиновидном канале, расширяющемся в поперечном направлении, интенсивность теплообмена не зависит от текущей высоты от основания канала. Этот вывод подтверждают и приведенные опытные данные.
Данные, приведенные на рис. 4.7 служат дальнейшим подтверждением этого вывода. Представлены экспериментальные и расчетные зависимости коэффициента теплоотдачи от текущей высоты от основания канала. Минимальном щелевой зазор Ь0=0,7 мм, максимальный зазор bi = 1,5 мм, ширина канала 1 = 96 мм. Точки измерения температуры соответствуют срединному сечению канала (z = 48 мм). Зависимости построены при трех различных значениях плотности передаваемого теплового потока.
Как и следует ожидать, расчетные прямые подтверждают отсутствие зависимости коэффициента теплоотдачи от текущей высоты от основания канала. Приведенные экспериментальные данные также свидетельствуют об отсутствии явно выраженной зависимости коэффициента теплоотдачи от текущей высоты. Большим значениям плотности теплового потока соответствуют большие значения коэффициента теплоотдачи.
Особый интерес представляет сравнение интенсивности теплообмена при кипении на парогенерирующей поверхности, снабженной клиновидными каналами, расширяющимися в поперечном направлении с кипением в каналах с плоскопараллельными стенками. На рис. 4.8 приведены опытные и рас четные зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока при кипении в клиновидном канале расширяющемся в поперечном направлении при его минимальном щелевом зазоре Ь0=0,7 мм, максимальном зазоре bi = 1,5 мм, ширине канала 1 = 96 мм, в его срединном сечении (z = 48 мм). Кроме того, приведены опытные данные соответствующие кипению в канале с плоскопараллельными стенками для случая когда bo = b = 0,7 мм.
Можно заметить, что в области умеренных значений плотности теплового потока интенсивность теплообмена при кипении в плоскопараллелыюм канале несколько выше, чем в клиновидном. Однако это различие уменьшается с ростом плотности теплового потока и сводится к нулю уже при q = 4,2-104 Вт/м2. Кроме того, как видно из представленных данных, начиная с плотности теплового потока q = 3,5 104 Вт/м2 в плоскопараллельпом канале возникает кризис теплообмена. С дальнейшим увеличением плотности теплового потока видны преимущества клиновидного канала.
Аналогичные результаты получаются и при других значениях величины щелевого зазора. На рис. 4.9 приведены опытные и расчетные зависимости коэффициента теплоотдачи от плотности теплового потока при кипении в клиновидном канале расширяющемся в поперечном направлении при его минимальном щелевом зазоре Ьо=1,0 мм, максимальном зазоре b] = 1,8 мм, ширине канала 1 = 96 мм, в его срединном сечении (z = 48 мм). Кроме того, приведены опытные данные соответствующие кипению в канале с плоскопараллельными стенками для случая, когда Ь0 = Ъ\ = 1,0 мм.
Похожие диссертации на Исследование теплообмена в зоне кипения испарительных установок с клиновидными капиллярными каналами, расширяющимися в поперечном направлении
