Улучшение характеристик теплосъема при кризисе теплообмена в каналах, страница 5

В области массовых скоростей rw< 100 кг/(м²·с), когда начинает возрастать влияние орошения поверхности каплями из ядра потока, длина переходной зоны с понижением rw увеличивается. Давление не оказывает влияния  на длину переходной области в диапазоне

(0,1 – 1,6) МПа. Опытные данные описаны с разбросом ±30% уравнением:

 Влияние пористого покрытия на характеристики

переходной области

Рассмотрим влияние пористого покрытия на паросодержание, при котором начинается переход в область ухудшенного теплообмена  x* (рис. 3.25). В диапазоне rw =(100 – 600) кг/(м²с) значения  x* для трубы без покрытия и с пористым покрытием совпадают и их можно рассчитать при  Р=(0,1 – 7) МПа для пароводяного потока по уравнению

В области rw < 80 кг/(м²·с) для трубы без покрытия отмечено снижение граничного паросодержания.

Для трубы с пористым покрытием (кривая 2) снижения  х* в области rw <100 кг/(м²·с) не происходит, что объясняется действием капиллярных сил пористой структуры, повышающих устойчивость жидкой пленки против высыхания. Этот эффект представляет большой интерес с практической точки зрения.

Пористое покрытие приводит к уменьшение максимальной интенсивности пульсаций температуры стенки S_max в переходной области в несколько раз, что способствует повышению надежности парогенерирующего канала и является важным для практики результатом.

Рис. 3.25. Зависимость паросодержания, при котором начинается ухудшение теплообмена, от массовой скорости для трубы без покрытия (1) и с пористым покрытием (2)

 Влияние пористого покрытия на термическую

неравновесность потока

В области ухудшенного теплообмена поток может быть термически неравновесным, т. е. содержать капли и пар, перегретый относительно равновесной температуры. В результате возникает различие между истинным и расходным паросодержанием.

Для изучения термической неравновесности потока на выходе рабочего участка можно установить сепаратор с завихрителем,  отделяющим влагу от ядра потока. В опытах регистрируются изменения температуры потока во времени до и после сепаратора. За температуру перегретого пара принимается максимальное значение температуры потока.

На рис. 3.26 показаны изменения температуры пароводяного потока, зафиксированные с помощью термопар, установленных до (1) и после (2) сепаратора, в случае образования  в трубе участка с ухудшенной теплоотдачей при rw = 400 кг/(м²·с), q= 0,8 МВт/м², Р= 5 МПа.

Рис. 3.26. Изменения температуры потока, зафиксированные с помощью термопар, установленных на выходе участка до (1) и после (2) сепаратора, при возникновении области ухудшенной теплоотдачи при P = 5 MПa, rw  = 400 кг/(м²·с), q = 800 кВт/м²

По изменению сигнала термопары до сепаратора можно предположить, что в потоке имеются капли, вызывающие периодические понижения температуры среды. За сепаратором влаги в потоке меньше и колебания температуры потока T_п.т  незначительны.

На рис. 3.27 показаны результаты измерения и расчета температуры пароводяного потока в переходной и закризисной областях при 

Р = 2 МПа, rw = 200 кг/(м²·с), q  = 250 кВт/м² .  

Линия 1 получена при расчете по замороженной модели потока. Как установлено в опытах МЭИ (данные 3), возможен значительный ( до 120°С) перегрев пара относительно равновесной (линия 2) температуры.

Рис. 3.27.- Изменения температуры потока в переходной и закризисной областях :

1 - расчет по замороженной модели; 2 - расчет по равновесной модели; 3 - данные измерений

На рис. 3.28 представлены изменения действительного паросодержания от расходного при rw= 200 кг/(м²·с) и Р = 6 МПа  для трубы без покрытия (1) и с пористым покрытием (2). Для трубы с пористым покрытием термическое равновесие потока достигается при меньшем паросодержании на выходе трубы.

Зависимости для расчета энтальпии перегретого пара в области ухудшенного теплообмена, полученные в МЭИ на основе опытных данных и известных представлений, имеют следующий вид для трубы без покрытия при числе Fr > (Fr)*