Пленочное кипение на поверхности с лунками. Кипение на сфере с лунками

заданной геометрии луночного рельефа величина q_кр2 больше, чем для гладкой сферы и меньше, чем для сферы, с медным пористым покрытием.

Рис. 58. Влияние недогрева жидкости на критическую тепловую нагрузку, при которой прекращается пленочное кипение фреона-113

Нанесение луночного рельефа приводит к повышению коэффициента теплоотдачи при плёночном режиме до 75% вследствие турбулизации паровой плёнки и возмущений границы раздела пар-жидкость (рис.59 ). Для выбранной геометрии луночного рельефа его влияние на теплоотдачу в пленочном режиме кипения проявляется в меньшей степени, чем в случае пористого покрытия вседствие малой плотности лунок (~12%) на поверхности сферы. Кроме того лунки мелкие (h/d=0,164 мм).

Рис.59. Влияние рельефа поверхности на теплоотдачу при пленочном кипении

На рис. 60 представлены данные о влиянии недогрева жидкости на максимальную критическую тепловую нагрузку для различных рельефов и состояния поверхности нагрева. Для всех поверхностей с увеличением недогрева жидкости значения q_кр1 возрастают. Более сильное влияние на q_кр1 оказывает нанесение на сферу пористого покрытия. Для сферы с луночным рельефом и гладкой сферы данные практически совпадают. Это объясняется тем, что нанесение небольшого числа мелких лунок на поверхность сферы практически не влияет на количество активных центров парообразования и, соответственно, интенсивность теплообмена вблизи кризиса кипения.

Рис. 60. Влияние недогрева жидкости на на максимальную тепловую нагрузку при кипении фреона-113 для сфер с различным рельефом и состоянием поверхности

Кипение  на  цилиндре с луночным рельефом

Отмеченные эффекты интенсификации теплообмена при пленочном кипении зависят от теплофизических свойств, толщины, шероховатости поверхности покрытия. Покрытие может иметь большую по сравнению с поверхностью без покрытия шероховатость. Рост шероховатости поверхности покрытия дестабилизирует паровую пленку, повышает коэффициент теплоотдачи и вызывает более раннее прекращение пленочного кипения.

Малотеплопроводное покрытие приводит к ослаблению крупномасштабных колебаний границы раздела фаз и уменьшению средней толщины паровой пленки .

Температура и плотность теплового потока на поверхности находятся из решения обратной задачи теплопроводности для бесконечного цилиндра на основе асимптотических методов. Обратные задачи теплопроводности являются неустойчивыми и  некорректными. Поэтому для их решения необходимо использовать специальные методы регуляризации. Зависимости для расчета температуры и плотности теплового потока записываются следующим образом:

                                       (19)

                                                  (20)

Для увеличения скорости течения двухфазного потока при обтекании поверхности образца соосно с ним снаружи устанавливается трубка так, что между нею и цилиндром образовывается кольцевой канал (рис.61). Трубка изготовлена из нержавеющей стали, имела длину 110 мм и внутренний диаметр 20 мм и 23 мм. Ширина кольцевого зазора составляла 1мм и 2,5мм.  Цилиндр фиксировался и центрировался внутри трубки с помощью микровинтов, расположенных в верхнем и нижнем сечениях трубок.

Рис.61  . Вид кольцевого канала в 3D изображении.  Медный цилиндр  с лунками. 224 лунки, D=18 мм, L= 81,5 мм, d=3 мм, h=0,5 мм,  n=37%.

При погружении в  жидкий азот образца, нагретого на воздухе до 300 К,. в канале устанавливался пленочный режим кипения с двухсторонним подводом тепла от поверхностей медного цилиндра и нержавеющей трубки. За счет разности плотностей жидкого азота в ванне и парожидкостной смеси внутри