Введение к работе
Актуальность темы
Проблема исследования плёночного кипения жидкости, недогретой до температуры насыщения, имеет как практический, так и научный интерес. Быстрое охлаждение нагретых до высокой температуры металлических изделий - это основной способ получения требуемой внутренней структуры изделия в процессе закалки. В атомной энергетике актуальны вопросы парового взрыва и охлаждения активной зоны реактора в процессе поставарийного повторного залива. С научной точки зрения является весьма важным понимание механизмов процессов, которые происходят вблизи поверхности нагрева и позволяют описать колоссальные тепловые потоки (до 10 МВт/м2) ), возникающие в режиме пленочного кипения недогретой воды. Значительный научный интерес вызывает также механизм переноса энергии от нагретой поверхности в предельном случае высоких недогревов жидкости, когда межфазную поверхность пар-жидкость можно рассматривать как макроскопически непроницаемую. Сказанное определяет актуальность предпринятых в диссертации экспериментальных и теоретических исследований теплообмена при охлаждении металлических шаров в недогретых жидкостях и теоретического исследования кризиса пузырькового кипения недогретой жидкости на поверхности горизонтальных цилиндров.
Цель работы
Основная цель работы - это выявление (на основе экспериментальных исследований) закономерностей теплообмена при охлаждении сферических образцов в жидкостях с различной температурой, механизма переноса тепла в режиме пленочного кипения недогретой жидкости; построение приближенных моделей кипения жидкостей в условиях значительных недогревов до температуры насыщения, в частности, модели кризиса пузырькового кипения на горизонтальных цилиндрах.
Научная новизна
Получены систематизированные опытные данные о режимах охлаждения металлических шаров, нагретых до температуры, намного превышающей критическую температуру охлаждающей жидкости, в воде и изопропаноле при различных недогревах до температуры насыщения.
Показано, что режимы пленочного кипения изопропанола даже при высоких значениях недогрева до температуры насыщения (более 90К) характеризуются лишь небольшими количественными отличиями от охлаждения в насыщенной жидкости. В недогретой воде такие режимы пленочного кипения с устойчивой паровой пленкой наблюдаются только при
небольших недогревах (менее ЗОК).
При охлаждении никелевых шаров в воде при недогревах более ЗОК обнаружены режимы чрезвычайно интенсивного теплообмена с коэффициентами теплоотдачи на уровне десятков кВт/м2К. Для этих режимов на основе экспериментальных измерений полей температуры было впервые установлено, что в охлаждаемых образцах большого диаметра (45мм) существует значительный градиент температуры, фронт быстрого охлаждения распространяется по поверхности сферы снизу вверх.
Разработана приближенная модель и получено расчетное уравнение для теплообмена при пленочном кипении недогретой жидкости в режимах с устойчивой паровой пленкой.
Разработана модель кризиса пузырькового кипения на горизонтальных цилиндрических нагревателях в предельном случае высоких недогревов жидкости до насыщения. Для общего случая произвольных недогревов предложено универсальное расчетное уравнение с асимптотами, соответствующими условиям возникновения кризиса кипения в насыщенной и сильно недогретой жидкости.
Практическая ценность
Полученные опытные результаты исследований теплообмена при охлаждении металлических шаров могут быть использованы при разработке технологии закалки и выборе ее оптимальных режимов. Расчетные уравнения для кризиса теплообмена при пузырьковом кипении недогретой жидкости могут применяться при проектировании систем охлаждения напряженных в тепловом отношении элементов оборудования в радиоэлектронике, в некоторых физических экспериментальных установках.
На защиту выносятся:
результаты экспериментальных исследований полей температуры в шарах диаметром 30 и 45 мм, охлаждаемых в воде и изопропиловом спирте в условиях различных недогревов
методика и результаты определения коэффициента теплоотдачи и теплового потока на поверхности охлаждаемых шаров
приближенная модель теплообмена и рекомендации по расчету коэффициентов теплоотдачи в условиях устойчивого плёночного кипения недогретой жидкости в большом объёме;
физическая модель кризиса кипения на горизонтальных цилиндрических нагревателях в условиях свободного движения жидкости в условиях больших недогревов до температуры насыщения;
приближенные раечегные уравнения для критических тепловых
потоков при кипении недогретой жидкости на горизонтальных
цилиндрических нагревателях в условиях свободного и вынужденного
течения
5 Апробация работы.
Результаты работы докладывались: на 4ой Российской национальной конференции по теплообмену, Москва, 2006 г; на 15ой школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, Калуга, 2005; на Юой, 12ой, 14ой и 15ой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов, Москва, 2004,2006,2008 и 2009 гг.
Публикации
Основные положения диссертационной работы изложены в публикациях [1-8].
Структура и объем работы
Диссертация общим объемом 176 страниц состоит из введения, шести глав и заключения, содержащего основные выводы по работе. Список цитируемых источников составляет 55 наименований.
