Турбулентная вынужденная конвекция и потери давления в однофазном закрученном потоке, страница 11

Представленные выше данные позволяют заключить, что в недогретом закрученном потоке при тепловых нагрузках меньших, чем определяемые уравнением (1.14), реализуется ситуация, когда влияние однофазной конвекции и кипения на теплоотдачу может быть соизмеримо. Для расчета коэффициента теплоотдачи в этом случае известны различные подходы [93]. Возможно применение эмпирических соотношений, описывающих теплообмен в характерной области тепловых нагрузок, приведенных для воды, например, в работах [13, 73, 94]. В настоящее время разрабатываются численные подходы к описанию теплообмена при кипении в недогретом потоке [95–98], применяется фрактальный анализ [99]. В ряде работ предпочтение отдается более универсальным соотношениям, построенным с учетом совместного действия механизмов теплообмена при вынужденной конвекции и кипении. Так, например, Д.А. Лабунцов в [100] в области кипения с малым паросодержанием рекомендует использовать простые интерполяционные формулы:

a = a_кип, если a_кип ³ 2a_конв;     a = a_конв, если a_конв ³ 2a_кип;

 если 0.5a_конв < a_кип < 2a_конв.

С.С. Кутателадзе в [101] предлагает следующую интерполяционную формулу:

В работе [78], с целью учета влияния недогрева на теплоотдачу предложено следующее соотношение:

при этом отмечается, что лучшее согласие с большинством опытных данных наблюдается при n = 3, однако экспериментальные данные при относительно высоких скоростях и недогревах потока лежат выше расчетных. При этом в [78], отдельно рассматривая кипение высокоскоростного потока недогретой жидкости, предлагается принимать n = 1 (аналогичное уравнение используется и в [102]).  В этом случае предполагается, что механизмы теплоотдачи при однофазной конвекции и поверхностном кипении действуют практически независимо. Поскольку площадь сухих пятен (центров парообразования), на границах которых происходит интенсивное испарение жидкости, составляет малую долю общей площади поверхности кипения, а размеры паровых пузырьков ограничены толщиной вязкого подслоя, большая часть поверхности охлаждается однофазной турбулентной конвекцией. Полный тепловой поток от стенки представляется как:

.

Большое разнообразие уравнений, имеющихся в литературе для определения теплоотдачи при кипении и неопределенность с расчетом теплоотдачи при вынужденной конвекции в закрученном потоке, делает необходимым в новой задаче описания теплообмена в закрученном потоке при одностороннем нагреве прибегать к весьма сложным опытным исследованиям. Подробный обзор таких исследований представлен далее.

1.3. Теплофизические исследования, выполненные при неравномерном по периметру нагреве

Выполненные к настоящему времени экспериментальные работы по исследованию теплообмена и кризиса при кипении в недогретом потоке можно разделить на две группы по условиям моделирования одностороннего нагрева. В работах коллективов авторов [75, 103–106], [107], [108], и [109] использовался омический нагрев, а неравномерный по периметру нагрев обеспечивался использованием  труб с переменным поперечным сечением [75, 103–106], [107], нагреванием половины изолированной части трубы [108] или напылением другого металла (медь на нержавеющую сталь) [109]. В работах [111] и [112] моделирование одностороннего нагрева выполнялось с помощью пластинчатых нагревателей, размещаемых на трубах с одной стороны.   Надо заметить, что традиционно для визуализации процессов кипения используют каналы прямоугольного сечения, нагреваемые с одной стороны и прозрачными боковыми стенками. Известны работы, выполненные на сборке из прямоугольных каналов с использованием для закрутки потока скрученных лент и одностороннем подводе энергии [113, 114]. Опыты с омическим нагревом позволили получить ответы на некоторые общие вопросы гидродинамики течения и теплообмена в недогретом потоке, экспериментально определить значения КТН. Однако использование омического нагрева не позволяет полностью моделировать условия одностороннего нагрева потоками высокоэнергетических частиц в термоядерных установках. Это обстоятельство не позволяет переносить результаты опытов с использованием омического нагрева на реальные конструкции в установках и реакторах управляемого термоядерного синтеза.