Турбулентная вынужденная конвекция и потери давления в однофазном закрученном потоке, страница 8

Представленные опытные данные показывают, что зависимость Dр(q) имеет общие закономерности и для прямого и для закрученного потока недогретой жидкости. Опытные данные в виде зависимости Dр(q) для закрученного потока в условиях одностороннего корпускулярного нагрева в литературе не представлены.

Для раскрытия механизма теплообмена при кипении в скоростном недогретом потоке сопоставим представленные выше данные о потерях давления с опытными данными о теплообмене. Для иллюстрации характера теплообмена в сильно недогретом высокоскоростном потоке жидкости на рис.1.10 представлен график работы [65] (в [65] получены наибольшие из достигнутых значений критических тепловых нагрузок (КТН) при кипении), на котором для двух значений массовой скорости rw = 15000 и 30000 кг/(м²×с) представлены зависимости q(T_ст– T_ж.вх). При сходном поведении температуры стенки, двукратное увеличение массовой скорости приводит к почти двукратному увеличению значения КТН.

Рис. 1.10. Опытные данные о теплообмене [65]: Т_вх = 25^оС, d = 0,902 мм, l/d = 6,5, р_вых = 1,03 МПа,  rw: 1 – 15000, 2–30000 кг/(м²×с). Последняя точка для каждой массовой скорости соответствует КТН

Влияние как массовой скорости, так и недогрева жидкости, определяет не только значения КТН, но и отражается на характере обычно используемой при анализе кипения зависимости q(DТ_s). Показатель степени n при DТ_s в зависимости q~(D Т_s)ⁿ при кипении в недогретом потоке, согласно наиболее часто цитируемой работе [73], n » 2, тогда как при кипении насыщенной жидкости   n » 3. Подробное опытное исследование влияния массовой скорости и недогрева жидкости на характеристики теплообмена при кипении проведено в работе [74]. Результаты [74] показывают, что при кипении в потоке недогретой жидкости при относительно малых массовых скоростях (rw = 500 кг/(м²×с)) опытные точки при развитом кипении лежат на зависимости, характерной для кипения в большом объеме насыщенной жидкости, а значения КТН определяются недогревом жидкости. Увеличение массовой скорости (вплоть до rw = 15000 кг/(м²×с)) приводит к более слабой зависимости q(DТ_s). На значения КТН и в случае высоких массовых скоростей сильное влияние оказывает недогрев жидкости (при фиксированном rw). Результаты большинства работ, в которых исследовано кипение в недогретом скоростном незакрученном потоке, позволяют сделать вывод о том, что механизм теплопередачи от обогреваемой стенки в этом случае отличается от механизма, свойственного кипению в насыщенной жидкости.

Исследование кипения как в прямом, так и закрученном потоке воды выполнено в работе [75]. Можно отметить качественное сходство зависимостей, характеризующих теплообмен при кипении, как в прямом, так и закрученном потоке. На рис. 1.11 представлены опытные данные [75] о  теплообмене в закрученном потоке в координатах q(DТ_s) и a(q).

Рис. 1.11. Опытные данные о теплообмене [75]: Т_вх = 40^оС, d = 6,0 мм, l/d = 17, р = 0,6 МПа, k = 0.45, rw: 1 – 3000, 2–5000, 3–9000 кг/(м²×с). Максимальные значения плотности теплового потока для каждой массовой скорости соответствуют КТН

Данные рис. 1.11 представлены для положительных перегревов температуры стенки относительно температуры насыщения, но на обоих графиках рис. 1.11 четко различимы зоны конвективного теплообмена (с меньшим наклоном, практически горизонтальные) и кипения (с бóльшим наклоном). Увеличение массовой скорости приводит к смещению условной точки начала кипения, соответствующей перегибу в графиках, в сторону больших значений  q. В отличие от кипения в потоке насыщенной или слабо недогретой жидкости, точки на графике q(DТ_s) в области развитого кипения четко расслаиваются по значениям массовой скорости, но, как показывает график a(q), характеризуются в этой области выходом на общую зависимость.

Значительное увеличение массовой скорости недогретого потока (в [76] достигнуты значения скорости потока w = 96 м/с для воды, в [77] rw = 53000 кг/(м²×с) для фреона R-113 в трубах внутреннего диаметра 1,2 мм) приводит к смещению условной точки начала кипения в область значительных перегревов DТ_s, вместе с тем увеличивая по тепловым нагрузкам область пузырькового кипения с сохранением характерных зависимостей для теплообмена, представленных на рис. 1.11.