Выполненное сопоставление с данными [77, 174], полученными в широком диапазоне параметров потока в условиях (турбулентное течение в канале) наиболее соответствующих тем, для которых строилась модель процесса, показало соответствие расчетов по (7.9) опытным значениям только в некоторых режимах. Это приводит к необходимости обоснования границ применимости разработанной модели и критического сравнения ее с моделью работы [189]. Модель, представленная в настоящей работе, по ряду позиций фактически повторяет подход [189]. Это касается предположений о том, что тепло от стенки передается теплопроводностью через тонкую пленку пара, а затем – в «холодное» ядро жидкости в соответствии с механизмом аналогии Рейнольдса; принятое допущение об отсутствии потока массы через межфазную границу также использовалось в [189], хотя и в менее очевидной формулировке.
Принципиальное отличие модели, приведшей к уравнениям (7.7) и (7.9), от модели работы [189] состоит в том, что в ней рассматривается перенос импульса и энергии как в паровой пленке, так и в жидком ядре. При этом на межфазной границе реально обеспечивается выполнение универсальных (непрерывность потоков энергии и касательной компоненты импульса) и специальных (отсутствие скольжения фаз и скачка температур) условий совместности [90]. Сама граница раздела в настоящей модели принимается гладкой.
Конечно, в отсутствие прямых наблюдений структуры двухфазного потока при пленочном кипении в потоке недогретой жидкости можно опираться только на приближенные оценки. Можно показать [209], что устойчивость поверхности паровой пленки определяется значением числа Вебера We = ρпum2δ/σ. Если в обращенном кольцевом двухфазном потоке на поверхности паровой пленки возникло возмущение, приводящее к увеличению толщины паровой пленки (см. схему течения на рис. 7.6), то скорость жидкости в рассматриваемом сечении увеличится, а скорость пара уменьшится. Ясно, что это приведет к уменьшению статического давления в жидкости и к увеличению его в паре, Препятствовать росту возмущения поверхности раздела могут только силы поверхностного натяжения. (В недогретой жидкости на гребне волны начнется конденсация пара, но при высоких приведенных давлениях связанная с этим скорость движения границы раздела много меньше, чем типичная скорость волнового движения). Если принять, что амплитуда возмущения толщины паровой пленки близка к ее средней толщине δ, а сама пленка очень тонкая в сравнении с поперечным размером канала, т.е. δ<<d (что хорошо выполняется в условиях опытных исследований), то, очевидно, возрастание скорости жидкости будет ничтожно малым в сравнении с уменьшением скорости пара. Следовательно, возмущающее поверхность пленки повышение давления пара определяется как ρпumп2, где среднемассовая скорость пара umп при чисто сдвиговом ламинарном течении в пленке составляет uδ/2. Поскольку при развитом турбулентном течении скорость на границе пленки uδ несильно отличается от среднемассовой скорости жидкости um, а восстанавливающие силы поверхностного натяжения определяются как σ/δ, соотношение возмущающих и восстанавливающих сил дает введенное выше число Вебера. Из приведенных оценок ясно, что в диапазоне We=1–10 восстанавливающие и возмущающие силы соизмеримы.
Рис. 7.6. Схема развития неустойчивости паровой пленки
При We>>1 поверхность пленки становится неустойчивой, модель ламинарной пленки пара у стенки перестает отвечать реальности. В паровую пленку будут проникать жидкие капли, обладающие большой кинетической энергией, что позволяет им приближаться к стенке на исчезающе малые расстояния. При этом на стенке возникают интенсивные стоки тепла, которые в случае низкотеплопроводной стенки могут приводить к локальному снижению температуры ниже температуры предельного перегрева. Выше о таком возможном механизме переноса тепла говорилось применительно к околокритическим давлениям. То, что для всех режимов работ [176, 190–192] We >100, может рассматриваться как аргумент в пользу сделанного предположения о подобной структуре двухфазного потока в этой области давлений. Вместе с тем, расчет числа Вебера с использованием определенного по настоящей модели значения толщины паровой пленки показывает, что для всех опытных данных [130] We<0,1. Таким образом, можно полагать, что предложенная в настоящей работе модель теплообмена при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости справедлива при We≤1.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.