Турбулентная вынужденная конвекция и потери давления в однофазном закрученном потоке, страница 18

Данные, подтверждающие значительное влияние неравномерности нагрева на значения КТП в недогретом закрученном потоке, получены и в [105]. Цикл работ, выполненных японскими исследователями [75, 103–106], хотя и не соответствует по условиям нагрева и типу рабочих участков задаче исследований тепловоспринимающего оборудования термоядерных реакторов, но отличает качественная проработка многих важных аспектов гидродинамики и теплообмена в недогретом закрученном потоке. Моделирование неравномерного нагрева, использованное в работах [75, 103–106] поясняет рис. 1.18, на котором представлена схема рабочего участка и его разрез, и основано на омическом нагреве рабочего участка с различной толщиной стенки. Угловая доля тонкой стенки составляла b=3p/2, p, p/2, 0 радиан, а также проведены исследования на трубе с равномерной толщиной стенки (эти данные представлены на рис. 1. 11). Экспериментальные исследования проводились при следующих значениях параметров потока воды: р_вх=0.1, 0.6, 1.1, 1.5 МПа; rw=4000 – 9000 кг/(м²×с); Т_вх » 40 ^оС; коэффициент закрутки k =0.59, 0.45. Длина нагреваемой части рабочего участка L=100 мм при внутреннем диаметре    6 мм. Критическая тепловая нагрузка определялась как предшествующая «прогару» стенки.

Рис. 1.18. Схема рабочего участка в опытах [75, 103–106]

В опытах [75, 103–106] получены данные о потерях давления в нагреваемых каналах, теплообмене при однофазной конвекции и пузырьковом кипении, КТН. Достоинством этих работ является подробное представление опытных данных о теплообмене при кипении. Результаты исследований влияния неравномерности нагрева на значения КТН, позволили в [106] заключить, что для прямого потока максимальное значение критических тепловых нагрузок при неравномерном нагреве q^н_кр больше q^р_кр при равномерном. Сравнение q^н_кр и q^р_кр для закрученного потока для разных b представлено на рис. 1.19.

Рис. 1.19. Сравнение критической плотности теплового потока при неравномерном  q^н_кр и равномерном q^р_кр нагреве [106]

Как видно из рис. 1.19 отношение q^н_кр /q^р_кр достигало n » 1.8 раз. По результатам экспериментальных исследований авторы [106] делают также следующие заключения:

·  отношение q^н_кр /q^р_кр остается постоянным при различных массовых скоростях;

·  механизмом, ответственным за увеличение q_кр при неравномерном нагреве является последовательное формирование (на более нагретой части периметра трубы) и разрушение (на менее нагретой части периметра трубы) пузырькового слоя на стенке вследствие закрученного течения.

Следует отметить, что авторам [106] установить зависимость q^н_кр=f(b) не удалось, и эффект неравномерности нагрева рассматривался в целом.

Для данных о теплообмене в [75] представлено сравнение расчетов по формулам (1.15,1.16) и (1.18, 1.19) с опытными данными, показавшее нерациональность обобщения результатов эксперимента этими формулами (20% отличие для однофазной конвекции и значительно большее для кипения). Для расчета критических тепловых нагрузок в [103] разработана физическая модель, в основных чертах повторяющая подход [89], и получена методика расчета КТН, успешно обобщающая не только собственные данные, но и 2482 точки других авторов о КТН при кипении в недогретом незакрученном потоке. Корректировка модели для закрученного потока, заключающаяся в поправке к  скорости, увеличенной в  раз, позволила в пределах ±20 % обобщить собственные данные при равномерном нагреве, но показала расхождение до    60% с данными [13]. Другие опытные данные о КТН в закрученном потоке авторами [103] не привлекались.

Вопросы теплогидравлических расчетов элементов диверторов и приемников пучков термоядерных установок, значений КТН при кипении, обсуждаются и в работах коллективов, непосредственно разрабатывающих подобные устройства. Среди таких работ можно отметить [134–143]. Непосредственно теплофизические аспекты в [134–143] обсуждаются в рамках, не выходящих из рассмотренных выше исследований, и новой информации не содержат.