Турбулентная вынужденная конвекция и потери давления в однофазном закрученном потоке, страница 6

Характерная качественная зависимость потерь давления в канале от плотности подводимого теплового потока показана на рис.1.8. На этом рисунке, q = 0 соответствует потерям давления в необогреваемом канале, а максимальное значение – критическим тепловым нагрузкам (КТН). С увеличением  плотности теплового потока потери давления уменьшаются в однофазной области теплообмена (до точки 1), что вызвано увеличением температуры пристеночного слоя жидкости, и, следовательно, уменьшением значения коэффициента вязкости жидкости. При дальнейшем увеличении плотности теплового потока (до точки 2) потери давления практически не зависят от q. Объяснить подобное поведение зависимости Dр(q) можно тем, что значение температуры жидкости на границе вязкого подслоя несильно отличается от температуры насыщения, а имеющиеся на стенке паровые пузырьки не выходят за границы вязкого подслоя. Затем, начиная с некоторого значения q, определяющего положение точки 2, потери давления начинают возрастать. Рост вызван выходом паровых пузырьков за пределы вязкого подслоя. Еще большее увеличение плотности теплового потока приводит к отрыву паровых образований от стенки, попаданию их в область основного течения жидкости, увеличению их числа и частоты отрыва вплоть до развития кризиса теплообмена.

Рис.1.8. Качественная зависимость потерь давления в канале от плотности подводимого теплового потока

Экспериментальные зависимости Dр(q) для сильно недогретого прямолинейного потока воды в равномерно обогреваемых трубах наиболее полно получены в работах [61–64]. Основной задачей исследований [61–64] являлось установление влияния на зависимость Dр(q) параметров потока жидкости: массовой скорости; температуры воды на входе и давления, определяющих величину недогрева жидкости до температуры насыщения. Рис. 1.8 качественно и отображает результаты опытных измерений этих работ. Для создания условий высокоскоростного сильно недогретого потока в работах [61–64] использованы трубы с малым внутренним диаметром 1–4 мм, массовые скорости варьировались от 5000 до 45000 кг/(м²×с), температура воды на входе от 20 до 80 ^оС, давление от 0,4 до 2,0 МПа. Плотности тепловых потоков при омическом нагреве труб доходили до 80 МВт/м². Сочетание параметров потока определяло вид кривой рис. 1.8 и положение точек 1 и 2. Опытные данные [61–64] позволяют сделать следующее заключение: увеличение массовой скорости и недогрева жидкости до температуры насыщения приводит к смещению точки 2 в область больших тепловых нагрузок, что увеличивает протяженность практически горизонтального участка зависимости Dр(q). При этом потери давления при тепловых нагрузках, соответствующих КТН, могут быть меньше потерь давления при q = 0. Изменение относительной длины трубы в опытах [61–64] на вид кривой рис.1 сказывается опосредованно, через косвенное влияние значения недогрева жидкости на выходе. Значительное увеличение массовой скорости или недогрева жидкости, как например в работе [65], где достигнуты значения 100 000 кг/(м²×с), приводит к смещению точки 2 в область тепловых нагрузок, близких, и даже соответствующих КТН.  Правда необходимо отметить, что при значениях массовой скорости 130 000 кг/(м²×с) потери давления на рабочем участке в [65] достигали значений 14 МПа, и на этом фоне трудно увидеть относительно малые изменения потерь давления.