Влияние пористого покрытия на теплоотдачу в области ухудшенного теплообмена

Рис. 3.28. Изменения действительного паросодержания от расходного

при P= 6 MПa, rw = 200 кг/(м² с) для трубы без покрытия (1) и с пористым покрытием (2)

при числе Fr < (Fr)*

и для трубы с пористым покрытием при числе Fr > (Fr)* 

где

.

 Влияние пористого покрытия на теплоотдачу

в области ухудшенного теплообмена

Исследование температурных режимов каналов в  области ухудшенного теплообмена показало, что пористое покрытие приводит к существенному понижению температуры стенки и более высоким выходным паросодержаниям. Коэффициент теплоотдачи увеличивается в 2 - 2,5 раза.

Рекомендации для расчета теплоотдачи в области ухудшенного теплообмена. В случае  T_c > T_кр2  когда отсутствует контакт капель со стенкой, температуру канала можно рассчитать по уравнению конвективного теплообмена, определяя температуру потока по предложенным зависимостям. Для трубы без покрытия теплоотдачу можно рассчитать по формуле Б.С. Петухова и В.В. Кириллова [3.2].

Для расчета теплоотдачи в трубе с пористым покрытием можно использовать зависимость Яглома и Кадера, которая с учетом высоты шероховатости поверхности исследованного покрытия

( ) принимает вид

Сравнение эффективности применения пористых  покрытий

в широкой области паросодержаний

На рис. 3.29 показаны изменения коэффициента теплоотдачи и интенсивности пульсаций температуры стенки по длине трубы без покрытия (линия 1) и со спеченным  покрытием из нержавеющей стали с толщиной 0,2 мм (линия 2) для воды при rw = 600 кг/(м²·с)

P =4 МПа. Влияние пористого покрытия проявляется в большой мере при развитом кипении (повышении теплоотдачи в три раза) и в меньшей мере при кипении с недогревом и в области теплоотдачи к парокапельному потоку. Максимальная интенсивность пульсаций температуры стенки для трубы с пористым покрытием уменьшается в пять раз, что чрезвычайно важно для практики.

Рис. 3.29. Изменения коэффициента теплоотдачи (а) и интенсивности  пульсаций температуры стенки (б) по длине трубы без покрытия (1) и со спеченным покрытием из нержавеющей стали толщиной 0,2 мм (2) для пароводяного потока при  P = 4 MПa, rw  = 600 кг/(м² с)

Указанное выше пористое покрытие вызывает повышение коэффициента гидравлического сопротивления при турбулентном течении пара в три раза по сравнению с трубой без покрытия (линия 1 на рис. 3.30). В связи с повышением гидравлического сопротивления целесообразно применять покрытия, толщина которых соизмерима с толщиной вязкого подслоя.

Рис. 3.30. Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от числа Re при течении водяного пара в трубе без покрытия (1) и с пористым покрытием толщиной 0,2 мм (2)

Таким образом, пористое покрытие приводит к существенному повышению теплоотдачи и уменьшению интенсивности пульсаций температуры стенки на каждом участке парогенерирующего канала в диапазоне x = - 0,6…… – 1,4.

Обнаруженные эффекты влияния пористого покрытия на теплоотдачу и гидравлическое сопротивление для пароводяного потока воспроизводились в течение экспериментов общей длительностью 1000 ч [3.18].

3.5.  ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООТДАЧИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЕ С ОДНОСТОРОННИМ НАГРЕВОМ

Рассмотрим возможности интенсификации теплосъема в горизонтальной трубе, нагреваемой снаружи пучком электронов и охлаждаемой изнутри потоком жидкости. Теплосъем осуществляется конвекцией и кипением в горизонтальном канале без покрытия, с закрученной лентой и пористым покрытием в диапазонах массовых скоростей (100 – 10 000) кг/(м²·с), давлений (0,4 - 1,1) МПа, паросодержаний от – 0,33 до  –  0,04, коэффициентов неоднородности нагрева 2,5 – 5,5. Коэффициент неоднородности нагрева – отношение максимальной тепловой нагрузки к средней по периметру трубы. Данные измерений распределения температуры стенки и ее пульсаций по периметру трубы использованы для решения обратной задачи теплопроводности и получены распределения температуры стенки, тепловой нагрузки, коэффициента теплоотдачи по периметру поверхности охлаждения трубы.

Влияние пористого покрытия и закрутки потока на теплоотдачу

Рассмотрим данные по теплоотдаче (рис. 3.31) при течении недогретой воды в горизонтальной трубе с технически гладкой поверхностью (линия 1), закрученной лентой (линия 2) и пористым покрытием (линия 3) для rw = 800 кг/(м²·с); Р=1 МПа; DT_нед = 50°С [3.18]. На зависимостях  можно выделить два участка. На первом - при незначительном повышении тепловой нагрузки наблюдается существенный рост температуры стенки. В этой области теплоотдача осуществляется конвекцией в однофазном потоке.

На втором участке рассматриваемой зависимости  с повышением тепловой нагрузки рост температуры стенки замедляется: теплоотдача в этой области осуществляется за счет кипения недогретой жидкости.

При низких rw  (< 800 кг/(м²·с)) применение закрутки потока не приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи. При больших

rw влияние закрутки потока на теплоотдачу становится заметным и при rw = 3000 кг/(м²с) тепловая нагрузка повышается в 1,5 раза.