Улучшение характеристик теплосъема при кризисе теплообмена в каналах, страница 4

Таким образом, влияние пористого покрытия на критическую тепловую нагрузку зависит от механизма кризиса теплообмена, и это следует учитывать при анализе результатов опытов и моделировании процесса.

3.4. ВЛИЯНИЕ ПОРИСТОГО ПОКРЫТИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООТДАЧИ В ПЕРЕХОДНОЙ И ЗАКРИЗИСНОЙ ОБЛАСТЯХ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ МАССОВЫХ СКОРОСТЯХ И ДАВЛЕНИЯХ

Развитие кризиса теплообмена в канале без покрытия

Рассмотрим подъемное течение пароводяной среды в вертикальной трубе, нагреваемой за счет пропускания переменного тока. На рис. 3.22  представлены типичные профили осредненной температуры стенки и ее интенсивности пульсаций по длине трубы, а также изменение во времени температуры потока на выходе из участка при массовой скорости 41 кг/(м²·с), давлении 0,8 МПа и тепловой нагрузке 114 кВт/м², полученные в МЭИ. Как видно, в конце трубы наблюдается рост температуры стенки и переход в область ухудшенной теплоотдачи. Измерение только распределения температуры стенки по длине трубы не позволяет точно определить паросодержание, при котором начинается переход к области ухудшенного теплообмен x ^*, длину переходной зоны x_п.о, и тем самым начало области ухудшенного теплообмена. За начало переходной области принимается сечение, с которого начинается необратимый рост осредненной температуры стенки и интенсивности ее пульсаций.

Рис. 3.22. Распределения средней температуры стенки и интенсивности ее пульсаций  при кипении воды в трубе:

P = 0,8 MPa, rw = 41 кг/(м² с), q = 114 кВт/м²

Как видно из рис. 3.22, интенсивность пульсаций температуры стенки возрастает по длине переходной области, проходит через максимум и уменьшается до значений, характерных для области ухудшенного теплообмена.

Таким образом,  распределение интенсивности пульсаций температуры стенки позволяет определить границы  переходной области x^**  и x^*  и тем самым начало области ухудшенного теплообмена.

Для выяснения механизма кризиса теплообмена  в рассмотренных условиях можно воспользоваться данными по пульсациям температуры стенки. На основании этих данных можно предположить, что при высоких паросодержаниях  кризис теплообмена возникает вследствие образования сухих пятен, а затем распада жидкой пленки на отдельные ручейки.

Данные по x*  представлены на рис. 3.23. При массовых скоростях, меньших 80 кг/(м²·с), для пароводяного потока значения x^* могут быть значительно ниже единицы.

Рис. 3.23. Зависимость паросодержания, при котором начинается ухудшение теплообмена, от массовой скорости

На зависимости x*(rw) можно выделить два участка: с понижением (участок II) и с ростом (участок I) значения x*. Понижение x^* при rw <80 кг/(м²·с) вызвано преобладающим действием сил тяжести на пленку жидкости. На участке I тепловая нагрузка q^* становится низкой, отдув пара с поверхности пленки, препятствующий осаждению капель, ослабляется, усиливается подпитка пристенной пленки жидкости каплями. В результате переход к области ухудшенного теплообмена происходит при более высоких x^*.

Данные по x^* с разбросом менее 10 % описаны зависимостями:

( 0 < C_f < 0,130);

( 0,130 < C_f < 0,815) , где  , .

Данные по тепловой нагрузке, при которой происходит переход к области ухудшенного теплообмена, представлены на рис. 3.24. В диапазоне ( 0,1 – 1,6 МПа ) влияние давления на q^* не обнаружено.

Рис. 3.24. Зависимость тепловой нагрузки, при которой начинается ухудшение теплообмена, от массовой скорости

Необходимо отметить крайне важный для практики результат. При понижении массовой скорости до значения 10 кг/(м²·с) критическая тепловая нагрузка q* уменьшается и становится равной 50 кВт/м², т. е. в 20 раз меньше, чем при кипении в большом объеме.

Полученные результаты с разбросом 7% описаны зависимостью:

где А=0,05;  В=2,18; С=1,33  для 12< rw <30 кг/(м²·с) (область I);

А=0; В=0,769; С=1  для 30<rw <75 кг/(м²·с) (область II);

А=0; В=0,843; С=1  для 75< rw <150 кг/(м²·с) (область III).