Теплообмен при пузырьковом кипении, страница 8

Данные рис. 5.22 дают возможность оценить происходящую перестройку “самосогласующихся” механизмов q_кон и q_кип (5.1), обеспечивающих теплоотвод от стенки, с увеличением массовой скорости. Как видно из рис. 5.22, наблюдается разный характер поведения зависимости в области относительно малых массовых скоростей (rw < 3000 кг/(м²×с)) и области относительно высоких массовых скоростей (rw > 3000 кг/(м²×с)). Подобное различие можно отметить как для собственных данных, полученных на разных РУ при разных коэффициентах закрутки, так и для данных [75] при равномерном нагреве трубы без ленты. Объяснить наблюдаемое различие в рамках модели, приводящей к записи (5.1), можно, если понимать, что вынужденная конвекция обеспечивает как теплоотвод от поверхности стенки не занятой пузырьками, так и отвод в ядро потока тепла с вершин паровых пузырьков. Возможности этого теплоотвода ограничены предельной плотностью теплового потока q_пр, выражаемого через рейнольдсов поперечный поток массы в виде (1.14). При относительно малых rwили недогревах жидкости до температуры насыщения относительно невелики и значения q_пр, они сопоставимы с плотностью теплового потока на стенке. В этом случае можно говорить об отсутствии “запаса” в механизме вынужденной конвекции. Тогда естественно предположить, что с ростом перегрева стенки увеличивается роль q_кип в балансе (5.1) за счет увеличения размеров пузырьков, их числа и пр. В обратном случае относительно высоких rwвозможности отвода тепла вынужденной конвекцией в ядро потока значительны, и могут быть настолько велики, что, как показывает анализ данных [130] и полученных на РУ № 2 уже при rw = 4500 кг/(м²×с) могут быть достигнуты температуры стенки, соответствующие термодинамически предельным для существования жидкости на стенке. Тогда понятна и более весомая роль q_кон в балансе (5.1) при относительно высоких массовых скоростях. Сравнение оценки q_пр с критическими тепловыми нагрузками, полученными на РУ № 2, представлено в следующей главе.

Как уже отмечалось выше, предлагаемая методика расчета теплообмена при кипении дает вполне удовлетворительное согласие с опытными данными для всего исследованного диапазона массовых скоростей.  На рис. 5.24 представлено сравнение расчетов по данной методике со всем массивом опытных данных о кипении (всего 290 точек), полученных на РУ №2 и №3. Данное сравнение позволяет говорить о вполне удовлетворительной корреляции экспериментальных данных и результатов расчета.

Рис. 5.24. Сравнение опытных и расчетных данных для РУ № 2 и № 3

5.4. Выводы

В работе впервые получен систематизированный массив опытных данных о теплообмене при кипении при разных коэффициентах закрутки потока в условиях одностороннего нагрева. Опытные данные получены в широком диапазоне параметров потока воды: давление p = 0.7 – 2.0 МПа, массовая скорость rw = 350 - 20000 кг/(м²×с), температура воды на входе Т_ж=20-60 ^оC, коэффициент закрутки потока k = 0.90, 0.66, 0.49, 0.39, 0.37, 0.25, 0.19 и 0 (прямая лента). Для сравнительного анализа получены данные для труб без ленты. Исследования были проведены  на рабочих участках с внутренним диаметром d = 2.0, 4.0 и  8.0 мм.

Выполнен анализ опытных данных. Показано, что вынужденная конвекция оказывает сильное влияние на характеристики теплообмена при кипении недогретого теплоносителя. Выполнена оценка вкладов механизмов вынужденной конвекции и кипения в полный тепловой поток, отводимый от стенки. Влияние вынужденной конвекции становится определяющим при высоких массовых скоростях. При относительно невысоких массовых скоростях (до 2200 кг/(м²×с)) реализуются режимы теплообмена с преобладающим влиянием механизмов пузырькового кипения. Сопоставление опытных данных позволило заключить, что условия теплообмена в прямом и закрученном потоке качественно одинаковы, интенсификация теплообмена при одинаковых параметрах воды на входе связана, главным образом, с увеличением действительной скорости потока, хотя дополнительное влияние массовых сил на теплоотдачу также наблюдается.

По результатам обобщения опытных данных разработана методика расчета теплообмена при кипении недогретой жидкости. С ее использованием удовлетворительно обобщены как собственные опытные данные, так и данные других авторов (всего 1090 точек), в том числе для условий равномерного и одностороннего нагрева, в прямом и закрученном потоке разных жидкостей. Методика апробирована в диапазоне параметров потока: p = 0.44 –2.0 МПа, rw = 350 – 45000 кг/(м²×с), х < – 0.2, k= 0 – 0.9.