Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях Беляев Александр Владимирович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Беляев Александр Владимирович. Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях: диссертация ... кандидата Технических наук: 01.04.14 / Беляев Александр Владимирович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»], 2018

Введение к работе

Актуальность темы. Работа посвящена экспериментальному исследованию гидродинамики и теплообмена в вынужденном потоке кипящей жидкости в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях. Актуальность исследований связана с устойчивым интересом к миниатюрным теплообменным устройствам. Каналы малого диаметра активно применяются в элементах компактных теплообменников, используемых в различных отраслях промышленности, таких как: компьютерная, автомобильная, космическая, криогенная и другие. Расчет подобных теплообменных аппаратов требует надежных уравнений.

Основная трудность при изучении процессов гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра состоит в создании методик расчета коэффициентов гидравлического сопротивления и теплоотдачи в мини – и микроканалах в двухфазном потоке. Возможное влияние размера канала на гидродинамику и теплообмен в двухфазном потоке несомненно, поскольку существующие внутренние масштабы (размер парового пузырька, диаметр жидкой капли и толщина пленки в дисперсно-кольцевом режиме течения), могут стать соизмеримыми с диаметром канала, что приводит к большому разнообразию режимов течения. В этом случае расчет по уравнениям для "обычных" труб невозможен. Можно предполагать, что в области высоких приведенных давлений, режимы течения в миниканалах становятся идентичными тем, что наблюдаются в "обычных" каналах. Тогда для расчета теплоотдачи и критического теплового потока (КТП) можно использовать соотношения для "обычных" каналов. Очевидно, что в однофазных течениях нет оснований ожидать изменения в закономерностях переноса импульса и энергии с уменьшением размера канала, пока остается справедливым приближение сплошной среды.

На данный момент в литературе существует множество экспериментальных работ, посвященных данной тематики. В большинстве из них данные получены в области низких и умеренных приведенных давлений. Кроме того, предложенные авторами корреляции носят эмпирический характер, в большинстве своем описывающие лишь данные авторов. Именно поэтому они не могут прогнозировать результаты экспериментов с условиями, отличными от тех, при которых были получены. Область высоких приведенных давлений в миниканалах остается малоизученной.

Целями работы являются:

  1. Получение систематизированного массива экспериментальных данных о гидродинамике и теплообмене при кипении вынужденных потоков в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях;

  2. Экспериментальное подтверждение предположения о том, что в области высоких приведенных давлений режимы течения в миниканалах становятся идентичными тем, что наблюдаются в "обычных" каналах. В этом случае для

расчета теплоотдачи в миниканалах можно использовать расчетные соотношения, полученные для "обычных" каналов;

3. Обобщение собственных опытных данных о потерях давления, теплоотдачи и КТП, анализ возможности применения известных расчетных методик в условиях высоких приведенных давлений.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Конструкция рабочего участка, методика проведения экспериментов и обработки экспериментальных данных о гидродинамике и теплообмене в миниканале при высоком приведенном давлении;

  2. Систематизированный массив экспериментальных данных о течении и теплообмене кипящего теплоносителя в миниканале в виде зависимостей коэффициента теплоотдачи, потерь давления и критического теплового потока от параметров потока теплоносителя и тепловой нагрузки;

  3. Методики обобщения собственных экспериментальных данных о потерях давления, коэффициенте теплоотдачи и критическом тепловом потоке.

Научная новизна работы:

  1. Получен систематизированный массив экспериментальных данных о потерях давления в двухфазном потоке, теплообмене и кризисе теплообмена при кипении в ранее малоисследованном диапазоне параметров потока;

  2. Выявлены режимы теплообмена, не представленные ранее в литературе. Построены карты режимов;

  3. Предложены методики расчета теплоотдачи, потерь давления и КТП в миниканалах в условиях высоких приведенных давлений в зависимости от параметров потока.

Достоверность и обоснованность экспериментальных результатов обеспечивается использованием современных средств измерения и методов определения параметров потока, повторяемостью и согласованием полученных данных с известными (как теоретическими, так и экспериментальными) данными других авторов в перекрывающихся областях параметров.

Практическая ценность:

  1. Экспериментально обоснованы уравнения для расчета потерь давления, теплообмена и КТП при кипении в каналах малого диаметра.

  2. Получены новые данные о КТП, ограничивающие режимы работы теплообменных устройств.

  3. Результаты работы могут быть использованы при разработке конструкций новых теплообменных аппаратов. Апробация работы. Основные результаты диссертационного

исследования опубликованы в 2 работах в научных изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, в 8 трудах конференций и в 3 тезисах конференций. Список основных публикаций по теме исследований представлен в конце реферата. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

VIII ШКОЛА-СЕМИНАР молодых ученых и специалистов РАН

В.Е.АЛЕМАСОВА «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики

в энергомашиностроении», Казань 2012;

III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий», Томск 2012;

Девятнадцатая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва 2013;

Международная конференция по теплопередаче IHTC-15, Киото, Япония 2014;

Российская национальная конференция по теплообмену РНКТ-5 и РНКТ-6, Москва 2010, 2014;

9-й Международный симпозиум по теплопередаче ISHT-9, Пекин, Китай 2016;

5-я конференция микро и нанопотоков, MNF-2016 Милан, Италия;

19-я и 21-я Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика А.И. Леонтьева, Орехово-Зуево 2013 и Санкт-Петербург 2017;

Международная конференция «Современные проблемы теплофизики и энергетики», Москва 2017.

Личный вклад автора. Материалы и результаты диссертационного исследования получены соискателем лично или в соавторстве. Автором существенно модернизирован экспериментальный стенд, произведены монтаж и тарировка измерительного оборудования. Были разработаны и изготовлены рабочие участки, смонтирована и отлажена система сбора и обработки информации для экспериментального стенда. Получен большой массив экспериментальных данных о гидродинамике и теплообмене при кипении потока жидкости в миниканалах при высоких приведенных давлениях в широком диапазоне режимных параметров. Выполнена обработка и обобщение полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы и содержит 152 страницы, 88 рисунков, 10 таблиц и 58 формул. Список литературы содержит 142 наименования.