Теплообмен при пузырьковом кипении, страница 5

Рис. 5.12. Сравнение расчетов по (5.3) и (5.4) при параметрах опытов [130] при давлениях 0.7, 1.0 и 1.5 МПа

С использованием расчетной методики в виде (5.1), (5.2) и (5.4) были обобщены собственные опытные данные о теплообмене при кипении. На рис. 5.13 представлено сравнение расчетных и опытных данных, полученных на РУ № 1 в зависимости от массовой скорости для разных коэффициентов закрутки.

На рис. 5.14 показано аналогичное рис. 5.13 сравнение для данных [130], полученных при трех разных давлениях 0.7, 1.0 и 1.5 МПа, температуре воды на входе 20 – 60 ^оС при коэффициенте закрутки k= 0.90. Сравнение данных показывает вполне удовлетворительное согласие расчета с экспериментом. При этом с одинаковым результатом обобщаются данные при различных массовых скоростях, коэффициентах закрутки (рис. 5.13) и давлениях (рис. 5.14). Подавляющее большинство точек, из представленных на рис. 5.13 (132 точки) и 5.14 (320 точек), укладываются в 25% коридор отклонений. При массовой скорости rw £ 2200 кг/(м²×с) можно отметить некоторую недостаточность слагаемого q_кип в (5.1), но для сохранения единого вида (5.4) значение эмпирического коэффициента было оставлено одинаковым для всего исследованного диапазона rw. Для данных [130] отмечается завышение расчетных значений при перегревах стенки DТ_s > 100 K. Как правило для таких значений перегрева стенки слагаемое q_кип в (5.1) в несколько раз превосходит q_кон. Для улучшения точности расчета при DТ_s > 100 K следует пренебречь слагаемым q_кон в (5.1).

Встречающееся в практике использование в уравнениях для расчета теплоотдачи при кипении в недогретом потоке вместо DТ_s меньшего на величину температурного напора начала кипения значения DТ = Т_нк – Т_s  затруднено отсутствием проверенного метода расчета температуры начала кипения Т_нк как для воды в разном диапазоне параметров, так и для других жидкостей. Выполненные с применением такого подхода расчеты, при использовании собственной опытной информации о Т_нк, показали неудовлетворительное согласие с опытными данными.

Неудовлетворительные результаты сопоставления были получены и при использовании квадратичной и кубической интерполяционных формул [101] для коэффициентов теплоотдачи при конвекции и кипении [173].

Окончательно, для расчета теплообмена при кипении недогретом потоке, в области тепловых нагрузок от соответствующих условию  Т_ст > Т_s  до критических в данной работе используется методика в виде (5.1), (5.2) и (5.4). Расчет коэффициента теплоотдачи для вынужденной конвекции проводится для незакрученного потока по формуле  Б.С. Петухова (4.1), для закрученного потока используются уравнения (4.5) – (4.7). Особенности расчета чисел подобия, учета влияния начального термического участка оговорены в           главе 4.

На рис. 5.15 показано типичное сравнение результатов расчета теплообмена при кипении для одного из режимов опытов [130]. На этом рисунке нанесены зависимости, отражающие результаты расчета по (5.1), (5.4) и (5.2). По результатам сравнения можно отметить хорошее соответствие расчетных данных опытным и адекватность каждого из слагаемых уравнения (5.1).

Рис. 5.13. Сравнение расчетных и опытных данных РУ № 1

Рис. 5.14. Сравнение расчетных и опытных данных [130]

Рис. 5.15. Сравнение расчета по (5.1), (5.2) и (5.4) с опытными данными [130]: p_ср = 0,7 МПа, rw = 8800 кг/(м²×с), Т_вх = 60 ^оС, k= 0.90

Сопоставление расчета по (5.1), (5.4) и (5.2) проведено и с опытными данными о теплообмене при кипении в недогретом потоке других авторов. К сожалению известно не так много данных, которые можно включить в обработку. Для условий одностороннего нагрева удалось воспользоваться только данными [119], полученными на основании решения краевой задачи теплопроводности для трубы без ленты, при p = 1 МПа, скорости потока воды         w = 15.8 м/с, Т_вх = 20–80 ^оС, d= 10 мм. Данные о теплообмене при кипении воды в равномерно нагреваемых трубах без ленты и с лентой при k= 0.45, p_вых= 0.6 МПа, Т_ж.ср = 60–100 ^оС, d= 6 мм представлены в [75]. Для проверки работоспособности расчетной методики для других жидкостей были использованы данные [174] о теплообмене при кипении в сильно недогретом прямом потоке хладона R113 в трубе диаметром d= 1,2 мм при равномерном нагреве и высоких массовых скоростях течения. Для данных [174] характерно сильное влияние вынужденной конвекции на теплообмен. Анализ данных показывает, что при высоких приведенных давлениях в условиях опытов [174] более чем 80% полного теплового потока может быть воспринято за счет вынужденной конвекции [173]. Данные [174] получены в диапазоне          p = 0.44 –1.55 МПа, rw = 28300 – 45000 кг/(м²×с), Т_вх = 15 – 21 ^оС. На рис. 5.16 представлено сравнение опытных данных о теплообмене при кипении в недогретом потоке [119], [75] и [174] как с данными, полученными на РУ № 1, так и с расчетом по (5.1), (5.4) и (5.2).