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

Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений Богачев Владимир Алексеевич

Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений
<
Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

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

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Богачев Владимир Алексеевич. Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений : диссертация ... доктора технических наук : 01.04.14, 05.11.13.- Москва, 2002.- 295 с.: ил. РГБ ОД, 71 03-5/276-9

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Современное состояние исследований теплообмена при течении в трубах однофазных теплоносителей и криоагентов околокритических параметров

1.1. Предварительные замечания 18

1.2. Вязкостно-инерционное течение

1.2.1. Низкие тепловые нагрузки 20

1.2.2. Высокие тепловые нагрузки

1.3. Вязкостно-инерционно-гравитационное течение 30

1.4. Вязкостно-гравитационное течение 42

1.5. Теплообмен в криоагентах 46

1.6. Цели и задачи исследования 51

Глава 2 Экспериментальная установка. теплообмен при турбулентной вынужденной конвекции

2.1. Экспериментальная установка 53

2.2. Рабочий участок 57

2.3. Метод определения параметров эксперимента. Обработка результатов измерений . 65

2.4. Предварительные и основные эксперименты 68

2.5. Распределения температуры стенки, коэффициента и относительной теплоотдачи 71

2.6. Обобщение данных по теплоотдаче к гелию 74

2.7. Об устойчивости течения - з

Глава 3 Теплообмен при смешанной конвекции в вертикальных трубах

3.1. Распределения температуры стенки и относительной теплоотдачи 81

3.2. Критерий турбулентной смешанной конвекции и граница начала влияния термогравитации на теплообмен 84

3.3. Обобщение данных по теплоотдаче к гелию при турбулентной смешанной конвекции 91

3.4. Обобщение данных по теплоотдаче к гелию в ламинарной области чисел Рейнольдса 97

3.5. Свободноконвективный предел теплообмена 100

3.6. Обобщение данных по теплоотдаче к теплоносителям и криоагентам при вынужденной и смешанной конвекции 104

3.7 Нестационарный теплообмен в азоте при ступенчатом набросе тепловой нагрузки 109

Глава 4 Причины поеревдений труб поверхностей нагрева котлов ТЭС и явление намагничивания котельных труб

4.1. Причины повреждений труб 118

4.2. Эксплуатационные пути снижения перегрева 124

4.3. Система контроля металла 127

4.4. Явление намагничивания котельных труб 130

4.5. Состояние исследований температурного магнитного и магнитоупругого гистерезиса 133

4.6. Экспериментальная установка 141

4.7. Измерение магнитных параметров 144

4.8. Результаты исследования ТМГ котельных сталей 146

4.9. Результаты исследования МУР котельных сталей 156

4.10. Влияние упругих и пластических деформаций на ТМГ котельных сталей 159

Глава 5 Магнитный метод контроля тепловой неравномерности труб из ферромагнитных сталей

5.1. Предварительные замечания 165

5.2. Основы магнитного метода контроля 168

5.3. Конвективные пароперегреватели 1

5.3.1. Котел ТГМ-104Б 175

5.3.2. Котел ТГМ-96Б 1 5.4. Экраны 194

5.5. Радиационные пароперегреватели 212

5.6. Ширмовые пароперегреватели 218

5.7. Настенно-потолочные пароперегреватели 219

5.8. Конвективные водяные экономайзеры 222

5.9. Нижняя радиационная часть 224

Глава 6 Магнитный метод контроля несшіошностей в окалине и металле труб. диагностический комплекс

6.1. Контроль парамагнитной стали 232

6.2. Контроль ферромагнитной стали 247

6.3. Предупреждение и контроль отдулин 251

6.4. Диагностический комплекс 269

Выводы 274

Литер атура 2

Вязкостно-инерционное течение

К настоящему времени накоплен обширный материал по теплообмену в условиях вынужденного течения теплоносителей околокритических параметров, в том числе выполнено несколько весьма представительных обзоров [1-6]. Анализ многочисленных экспериментальных результатов и данных ряда теоретических работ позволил выделить характерные особенности, которые отличают теплообмен в однофазной околокритической области от теплообмена при постоянных теплофизических свойствах. К таким особенностям в первую очередь следует отнести режимы с максимумами (пиками) в распределениях температуры стенки по длине или высоте труб. В зависимости от режимных параметров эксперимента теплоотдача может сопровождаться термоиндуцированными низко- и высокочастотными колебаниями давления, температуры и расхода. В околокритической области архимедовы силы значительно более активно влияют на теплообмен. При определенных сочетаниях режимных параметров их влияние становится не только заметным, но и доминирующим. В экспериментах было обнаружено увеличение и снижение (на порядок и более) теплоотдачи относительно результатов расчета при постоянных теплофизических свойствах теплоносителей и криоагентов.

В работе СИ все режимы теплообмена в однофазной околокритической области были классифицированы на "нормальные" без максимумов в распределении температуры стенки и без колебаний режимных параметров, "ухудшенные", для которых характерно образование од - 19 -ного или нескольких максимумов, и "улучшенные", сопровождаемые колебаниями режимных параметров, различными шумовыми эффектами, в которых теплоотдача существенно возрастает. Согласно современным представлениям [7 и 8] особенности теплоотдачи к теплоносителям и криоагентам околокритических параметров вызваны изменением тепло-физических свойств среды от температуры и давления. В частности, возникновение режимов ухудшенного теплообмена объясняется влиянием термического ускорения потока и архимедовых сил на характеристики турбулентного переноса. Следует заметить, что режимы с максимумами температуры стенки, обусловленные термогравитацией, наблюдаются также в однофазных жидкостях и газах при давлениях ниже критического.

Экспериментальные и теоретические работы были направлены на изучение различных типов течения, зависящих от соотношения сил вязкости, инерции и тяжести. В соответствии с терминологией Б.С.Петухова С9] различают следующие типы течения: - вязкостное (ламинарное течение при пренебрежимо малом влиянии архимедовых сил); - вязкостно-гравитационное (ламинарное течение при существенном влиянии архимедовых сил); - вязкостно-инерционное (турбулентное течение при пренебрежимо малом влиянии архимедовых сил); - вязкостно-инерционно-гравитационное (турбулентное течение при существенном влиянии архимедовых сил).

В зависимости от ориентации трубы в поле силы тяжести различают три случая, в каждом из которых действие архимедовых сил на вынужденное течение имеет свои отличительные особенности: - подъемное течение в вертикальной трубе; - опускное течение в вертикальной трубе; - 20 - течение в горизонтальной трубе. Диссертационная работа посвящена изучению теплообмена при вынужденном течении жидкости околокритических параметров в вертикальных обогреваемых трубах. Поэтому обзор литературы предусматривает детальное рассмотрение состояния исследований теплоотдачи в услових вязкостно-инерционного, подъемного и опускного вязкостно- инерционном- гравитационного и вязкостно-гравитационного течений.

Термин "низкие тепловые нагрузки" относят к теплообмену при квазиизотермических условиях, когда из-за малой разности темпера тур между охлаждаемой стенкой труб и циркулирующим потоком жид кости можно пренебречь изменением теплофизических свойств тепло носителя поперек потока. Теплообмен с низкими тепловыми нагрузка ми следует отличать от теплообмена при высоких тепловых нагруз ках, когда неизотермичность и изменения теплофизических свойств от температуры поперек потока существенны. Теплоотдачу к потоку теплоносителя околокритических параметров при низких тепловых нагрузках можно рассматривать как классический тип теплоотдачи при постоянных свойствах. Оставаясь постоянными в фиксированном сечении, они вместе с тем могут заметно изменяться вдоль потока с температурой жидкости. В рассматриваемом случае расчет коэффици ента теплоотдачи вдали от входа в_ трубу при qQ-const проводят по уравнениям для стабилизированного теплообмена с постоянными свойствами. Наиболее часто используются два уравнения:

Диттуса и Белтера Nu0 - 0,023 Re0-8 Рг0 4 (1.1) - 21 -и Б.С.Петухова и В.В.Кириллова СЮ] Nu0 - (е/8) Re Рг / [к + 12,7 (ё/8)1/2 (Рг2/3 - 1)], . (1.2) где Nu0-cx d/Лж - число Нуссельта; Re-pw б/\іж - число Рейнольдса; Рг - МОК срж/Аж - число Прандтля; g,- (1,82 lg Re-1,64)-2 - коэффициент сопротивления трения; а - qc/(Тс-Тж) - коэффициент теплоотдачи; d - внутренний диаметр трубы; pw - средняя массовая скорость; р - плотность; w - скорость; qQ - плотность теплового потока; Тс И ГЖ - температура; Хж - коэффициент теплопроводности; срж - изобарная удельная теплоемкость; р.ж - динамический коэффициент вязкости; индексы: "о" - постоянные свойства; "с" - значение на стенке трубы; "ж" - среднее массовое значение. В уравнении (1.2) в интервале 2-104 Re 5-106 константа к - 1,07, а в интервале 3-103 Re 2-104 константа к - l+900/Re. Предпочтение следует отдать зависимости (1.2), справедливой в более широкой области чисел 3-103 Re- 5-106 и 0,5 Рг 200. Для расчета теплоотдачи на термическом начальном участке длиной x/d 0,5 в 171 рекомендовано уравнение Nu / Nu0 - 1 + 0,416 Рг-0-4 (х/с/Г1/4 {1 + 3600 / [Re (x/d) 5] x x exp(- Q,17x/d), (1.3) в котором Nu0 определяется по соотношению (1.2).

Метод определения параметров эксперимента. Обработка результатов измерений

В перечисленных уравнениях для относительных характеристик использованы параметры термогравитации Grq/(Pr Re2-75) и Grq/ /(Pr1,15 Re2 75), близкие к комбинации А - Grq/(4 Рг Re3)-RaA/ /(Pr Refc-)-GrA/ReL. Аналогичный параметр входит в состав уравнения А.Ф.Полякова для распределения скорости течения теплоносителя и характеризует деформацию профиля скорости, обусловленную влиянием архимедовых сил на осредненное течение и турбулентный перенос. Параметр Gr /Re2 будет в дальнейшем использован при обобщении экспериментальных данных по теплоотдаче к теплоносителям и криоа-гентам в однофазной околокритической области.

В горизонтальных обогреваемых трубах, как и в вертикальных, архимедовы силы оказывают воздействие на осредненное течение и турбулентный перенос. Результат такого воздействия выражается в различии теплоотдачи на верхней и нижней образующих. На рис. 1.5 иллюстрированы кривые изменения температуры стенки трубы tc и среднемассовой температуры жидкости ж в опытах с водой в зависимости от удельной энтальпии Лж при постоянной тепловой нагрузке из работы [39]. По мере роста энтальпии разность температур между верхней и нижней образующими сначала увеличивается,, достигает максимального значения при їіж ї)т и затем уменьшается.

В экспериментальных и теоретических работах А.Ф.Полякова С5, 8, 40] показано, что в начальной стадии из-за наличия радиального градиента температур развивается вторичное свободноконвективное течение с восходящими линиями тока вблизи стенки и нисходящими в ядре потока. Наложение вторичного течения на вынужденное приводит к деформации профилей температуры и скорости: вблизи верхней образующей градиенты скорости и температуры снижаются, вблизи нижней наоборот растут. В результате сопротивление трения и. .теплоотдача на верхней образующей уменьшаются, а на нижней увеличиваются. Профили температуры и скорости в горизонтальной плоскости практически не деформируются. На этой стадии воздействия термогравитации, без учета ее влияния на турбулентный перенос, для характеристик теплообмена получены выражения [8] g,/g,o - [1 - 140 Grq cos Ф / (Рг0-5 Re2 75)]2, (1.24) Nu/Nu0 -1-340 Grq cos Ф / (Рг0 5 Re2 75) [1 + 2,4 (Pr2/3 - 1)/ /Re1/3ra, (1.25) где Ф - угол, отсчитываемый от верхней образующей трубы. Граница начала влияния термогравитации на теплообмен, как 1 %-ное отклонение числа Нуссельта от Nu0 на верхней Ф-0 или нижней ф-180 образующих, определена уравнением Grq.np - 3-Ю-5 Re2-75 Рг0 5 СІ + 2,4 Re-0-125(рг2/3 -1)]. (1.26)

При увеличении тепловой нагрузки термогравитация начинает все больше воздействовать на турбулентность, приводя к снижению турбулентного переноса и теплоотдачи на верхней и росту на нижней образующих трубы. На основе обобщения опытных данных при qQ-const, полученных в диапазонах параметров Рг-0,7...8, Re-(0,6...20J-104, Grq-107...1010, Grq/Grq.np-0,1...400, x/d--0,5...100, предложены зависимости [40] Nui80/Nuo -1+0,035 (Grq / Grq.np)0 43, (1.27) Nuiso/Nuo - CI + (Grq / Grq.np)3]0 043. (1-28) Средняя по периметру теплоотдача остается мало чувствительной к влиянию архимедовых сил на турбулентное течение, сопротивление трения примерно отслеживает закономерность изменения теплоотдачи.

Теплообмен при ламинарном течении теплоносителей в обогреваемых трубах реализуется на практике достаточно редко. Длительное время интерес к применению криоагентов для охлаждения сверхпроводниковых устройств в ламинарной области чисел Рейнольдса отсутствовал. Однако при низких тепловых нагрузках использование малых расходов может стать целесообразным. Решение задачи теплообмена для вязкостного течения при постоянных или переменных теп-лофизических свойствах не вызывает каких-либо трудностей. Значительно меньше исследован теплообмен в .околокритической области, для которой имеются весьма ограниченные данные. Результаты экспериментов С31 и 32] и расчетно-теоретических решений [24] показали, что здесь, как и в случае турбулентного вынужденного течения, следует ожидать изменение числа Нуссельта относительно его значения для чисто вязкостного течения, обусловленных переменностью теплофизических свойств и термогравитацией. Эмпирические уравнения (1.14) и (1.15), обобщающие результаты опытов с двуокисью углерода в условиях подъемного [31] и опускного [32] движения в вертикальной обогреваемой трубе, имеют вид зависимости Nu/NuT от параметра турбулентной смешанной конвекции RaA/Re", характерной для вязкостно-инерционно-гравитационного течения. Неизотермич-ность учтена с помощью поправок к уравнению (1.1) для турбулентной чисто вынужденной конвекции. Частный характер этой зависимости уже был отмечен в разделах 1.2 и 1.3. Результаты работ [31 и 32] свидетельствуют о доминирующем влиянии на теплообмен при низких расходах теплоносителя архимедовых сил.

Критерий турбулентной смешанной конвекции и граница начала влияния термогравитации на теплообмен

Испарение гелия в криостате КГ 60/300-1 регулировалось нагревателем, расположенным на выходе из рабочего участка. Пары кипящего гелия, пройдя дополнительный теплообменник, направлялись в узел теплосъема для отбора теплоты от электрических проводов, выходящих из теплой зоны с температурой 300 К и входящих в вакуумную камеру (18). Узел теплосъема был выполнен в виде полой медной бобины диаметром 100 мм, на наружной поверхности которой навивались электрические провода термометров и термопарные провода, покрытые шелком и клеем БФ-2, а к внутренней припаивался змееви-ковый теплообменник из медной трубки 04x0,35 мм. Узел теплосъема вакуумировался. В экспериментах температура бобины не превышала 30 к.

Предварительный, основной и дополнительный теплообменники различались по конструкции. Общим являлось то, что было сведено к минимуму гидравлическое сопротивление обратному потоку, предельно уменьшена масса теплообменников, а также обеспечена высокая эффективность теплообменной поверхности. Предварительный теплообменник был выполнен в виде змеевика из медной трубки 04x0,35 мм, основной представлял собой тип витого теплообменника из оребренной проволокой медной трубки 02x0,35 мм, а дополнительный являлся трехпоточным теплообменником типа "труба в трубе" из медных трубок 02x0,35 мм (прямой поток), 04x0,35 мм (линия в газгольдер) и 010x1 мм (линия в газгольдер через узел теплосъема). С целью уменьшения теплопритоков в холодную зону к трубкам отвода гелия в газгольдер припаивались трубки 04x0,3 мм из нержавеющей стали аустенитного класса 12Х18Н12Т. Для регулирования расхода паров кипящего гелия в дополнительном теплообменнике были установлены "холодные" вентили тонкой регулировки, выведенные в теп-луга зону. Основной теплообменник, имеющий среднюю температуру на уровне 40 К, был изолирован пенополистиролом с целью уменьшения теплопритоков к кипящему гелию. Диаметр и толщина трубок, идущих из теплой зоны в холодную, были выбраны с учетом требования минимизации теплопритоков.

Теплообменники жидкого азота и гелия были выполнены в виде змеевика из оребренных проволокой медных трубок 04x0,35 мм и 02x0,35 мм соответственно. Заливка криостатов азотом и гелием осуществлялась с помощью специального переливного устройства выдавливанием.

Рабочим участком служила трубка из стали 12Х18Н12Т по ГОСТ 14162-79 внутренним диаметром 1,8 мм, толщиной стенки 0,1 мм и длиной 510 мм, которая нагревалась пропусканием по ней постоянного электрического тока. Выбор стали 12Х18Н12Т в качестве материала рабочего участка был вызван ее высоким удельным электрическим сопротивлением и слабой зависимостью сопротивления от температуры в диапазоне 4...90 К (49-52,5 мкОм-см), что позволило проводить исследования теплоотдачи при ,граничных условиях второго рода ( 7c const). Наружный диаметр трубки измерялся в десяти контрольных сечениях микрометром с ценой деления 0,01 мм. Толщина стенки определялась на различных срезах исходной трубки с помощью микрометра и известной калиброванной пробки, вставленной в трубку. Высота элементов шероховатости трубки, измеренная с помощью микроскопа МИС-11, составила величину К-5 мкм (d/K-360). Это значит, что при числах Рейнольдса Re 105 трубка является гидравлически гладкой и влиянием шероховатости на теплообмен можно пренебречь С2]. Длина обогреваемого участка lo /d в опытах при подъемном движении гелия составила 222 калибра и при опускном - 196 калибров. Длина участка гидродинамической стабилизации iH.r/d составила 43 калибра. Рабочий участок располагался в вакуумной камере, выполненной из медной трубы 069x1 мм. Рабочий участок вместе с вакуумной камерой изображен на рис. 2.2.

Электрический ток к рабочему участку подводился по проводам из сверхпроводникового сплава NbsSn с критической температурой 18,3 К. Такое решение преследовало цель уменьшить кондуктивный теплоприток в зону измерений. Токонесущие провода припаивались к рабочему участку сплавом ПОС-40, что позволило обеспечить равномерность распределения тепловой нагрузки по всей длине обогреваемой трубки. Сначала токонесущие провода соединялись с трубкой рабочего участка с помощью механического зажима. После проведения предварительных опытов от этого способа соединения пришлось отказаться, так как механический зажим создавал повышенную плотность теплового потока в зоне соприкосновения с трубкой из-за роста электрического сопротивления и тепловыделения. Неравномерность теплового потока по длине приводила к появлению максимумов температуры стенки в области x/d 42. Электрическая развязка рабочего участка осуществлялась низкотемпературным клеем ВТ-200 СЗ]. Этот клей обладает высоким уровнем прочности и удельного электрического сопротивления при низких температурах. После отвердения клея соединение сначала проверялось на электропроводность с помощью комбинированного прибора Ц4341 и затем на герметичность. Клеевое соединение считалось выдержавшим испытание, если после десятикратного "залпового" охлаждения в жидком азоте и нагревания в горячей воде с температурой 70...80 С и последующей проверки на герметичность с помощью гелиевого течеискателя ПТИ-10 в нем не обнаруживалось течей.

Основы магнитного метода контроля

Нарис. 3.1 иллюстрированы кривые изменения температуры стенки Гс по высоте трубы x/d в зависимости от теплового потока Ос Д-ля подъемного и опускного движения гелия. Из сранения режимов с одинаковыми qc следует, что, начиная с некоторой тепловой нагрузки, распределение Тс в условиях подъемного движения приобретает форму с явно выраженным максимумом (режим 2), характерным для ухудшенного теплообмена. С ростом qc (режимы 3 и 4) за первым максимумом, который смещается вверх по потоку и возрастает по величине, появляется второй. Его поведение с увеличением тепловой нагрузки аналогично поведению первого максимума. Обращает на себя внимание, что значение Тс в первом максимуме выше, чем во втором. В режимах с двумя максимумами Тс первый смещен выше по потоку от сечения с Тж-Тт на -0,5 К, а второй на 0,07 К. Если второй максимум появляется, как и в случае чисто вынужденной конвекции, вблизи псевдокритической температуры, то появление первого максимума не ограничено этой областью температур. Пройдя через максимум, температура стенки принимает минимальное значение в сечении Far m- При Тж Тт температура стенки растет по высоте монотонно. В режимах ухудшенного теплообмена с двумя максимумами Тс образование первого максимума связано с первоначальной ламинаризацией и последующей турбулизацией течения архимедовыми силами. Рост и снижение Тс на кривых распределения происходит в результате повторяющихся процессов перехода от режима подавления турбулентного переноса к режиму турбулентной свободной конвекции. Образование

. Изменение температуры стенки и относительной теплоотдачи по высоте трубки при различных тепловых нагрузках в опытах с гелием (р=0,25 МПа; ReBx-2-104) а - подъемное движение (qc, Вт/м2: 1 - 608- 2 - 799; 3 - 1010; 4 - 1250); б - опускное движение. (qrc, Вт/м2: 1 - 575; 2 - 788; 3 - 1020; 4 - 1290); - - - расчет по уравнениям (3.2)-(3.5) второго максимума связано с переменностью теплофизических свойств и эффектами термогравитации. Основанием для такого предположения является результат сравнения с температурными режимами трубки при опускном движении, в которых максимумы Тс отсутствуют. В условиях опускного движения наблюдается монотонное возрастание Та. Таким образом, температура вертикальной трубы при подъемном движении выше, чем при опускном.

Из рис. 3.1 видно, что для подъемного движения при минимальной тепловой нагрузке (режим 1) в распределении Nu/Nu0 появляется выраженный максимум, который располагается ниже по потоку от сечения с TQm. Пройдя через максимум, относительная теплоотдача начинает плавно снижаться, переходя в область Nu/Nu0 l. С увеличением qQ (режим 2) отношение Nu/Nu0 начинает резко снижаться, достигая своего минимального значения при температуре стенки, соответствующей первому максимуму. За первым минимумом следует некоторый рост отношения Nu/Niio, который сменяется плавным снижением. В сечении Тж Тт относительная теплоотдача принимает свое второе минимальное значение, за которым вновь следует участок ее роста. Дальнейшее увеличение qc (режимы 3 и 4) не нарушает характера распределения Nu/Nu0 по высоте трубки, а лишь смещает оба минимума вверх по потоку. Для опускного движения распределения относительной теплоотдачи при исследованных тепловых нагрузках имеют форму синусоиды с максимумом, расположенным ниже по потоку от сечения с Тс-Тт и минимумом при Тж Тт, как и в случае чисто вынужденной конвекции. Повышение де приводит к возрастанию максимума и незначительному снижению минимума Nu/Nu0, а также к смещению положение максимума и минимума вверх по потоку. По сравнению с подъемным при опускном движении относительная теплоотдача в режимах со сходными значениями чс находится значительно выше. В

- 84 -экспериментах было обнаружено, что снижение расхода постепенно вырождает немонотонность распределения Гс и сближает температуру трубки и относительную теплоотдачу для подъемного и опускного движения.

Снижение турбулентного переноса в условиях подъемного движения может привести не только к локальному ухудшению теплоотдачи, но и к общему уменьшению теплообмена по всей высоте трубки без максимумов температуры стенки (режимы 1 и 2 на рис. 3.2, а). В зависимости от сочетания режимных параметров в тех же условиях подъемного движения рост тепловой нагрузки может также способствовать общему и локальному увеличению Nu/Nuo, что видно на рис. 3.2, о. На этом рисунке представлены данные для относительной теплоотдаче в ламинарной области чисел Re. Расчет Nu0 проведен по уравнению (1.2) для турбулентной вынужденной конвекции с константой к-1,07. Общее уменьшение и увеличение теплоотдачи по высоте обычно наблюдается при Гж и Тс значительно ниже Гт, когда реализуется теплообмен с постоянными свойствами.

В экспериментальной практике широко распространена форма представления данных по локальной теплоотдаче при турбулентной смешанной конвекции в вертикальных и горизонтальных трубах в виде зависимости Nu/NuT - f (К), (3.1) где Nu и NuT - локальные числа Нуссельта для смешанной и чисто вынужденной турбулентной конвекции соответственно; К - некоторый параметр смешанной конвекции, представляющий собой отношение определенного тем или иным образом числа Грасгофа (или Рэлея) к - 85 -числу Рейнольдса в некоторой степени, чаще всего в квадрате. Зависимости типа (3.1) базируются, как правило, на больших массивах экспериментальных данных и охватывают широкий диапазон изменения параметра К. Тем не менее их общность остается под вопросом, поскольку различным поддиапазонам изменения К соответствуют различные интервалы изменения чисел Re и Рг, так что нет достаточных оснований утверждать, что эти зависимости останутся справедливыми и при неисследованных сочетаниях К, Re и Рг. Более того, можно показать, что отдельные формы представления данных носят частный характер.

Проверка работоспособности уравнений (1.11)-(1.15) для смешанной конвекции в вертикальных трубах в однофазной околокритической области проведена с использованием полученных массивов опытных данных по теплоотдаче к гелию сверхкритического давления при постоянных и переменных свойствах в условиях подъемного (а) и опускного (о") движений в переходной (1 - 3-103 Re 104) и турбулентной (2 - Re 104) областях, чисел Рейнольдса и х/ф28. Из рис. 3.3-3.5 видно, что в некоторых областях значений параметра термогравитации разброс опытных опытных точек относительно этих уравнений достигает неприемлемых величин. Проверка работоспособности уравнений (1.11)-(1.15) убеждает нас в их частном характере, в значительной степени связанном с неудачным выбором формы параметра термогравитации.

Похожие диссертации на Повышение надежности поверхностей нагрева котлов ТЭС : На основе исследования термогравитационных и магнитных явлений