Влияние пористого покрытия на теплоотдачу в области ухудшенного теплообмена, страница 4

Специфичность условий теплосъема в змеевиках состоит в том, что силы инерции, действующие в направлении, перпендикулярном оси потока, способствуют сепарации влаги, нарушении симметрии профиля скорости. В результате возникает существенная неоднородность распределения температуры и теплоотдачи по периметру канала.

Расположение участка по периметру трубы, где начинает развиваться кризис теплообмена, зависит от соотношения сил, действующих в потоке, и давления. При высоких давлениях и низких массовых скоростях (преобладает действие сил тяжести) влага собирается в нижней части трубы и кризис теплообмена начинает развиваться в окрестности верхней образующей змеевика (рис. 3.33, а). При высоких массовых скоростях (преобладает действие центробежных сил) влага собирается в окрестности наружной образующей и кризис теплообмена начинает развиваться в окрестности внутренней образующей змеевика (рис. 3.33, б). При низких давлениях в случае преобладания влияния вторичных течений (инверсия пленки) жидкость распределена по всему периметру трубы, за исключением окрестности наружной образующей, где и начинает развиваться кризис теплообмена (рис. 3.33, в).

Чередующиеся контакты жидкости и пара со стенкой в переходной области змеевика  приводят к значительным пульсациям температуры стенки. Это может вызвать дополнительные по сравнению с прямой трубой термические напряжения в стенке. Для  расчета ресурса змеевиковых парогенераторов наряду с данными по критическим тепловым потокам и критическим паросодержаниям необходимо  знать распределения температуры стенки и ее пульсаций по длине и периметру канала.

Рис. 3.33. Сепарация влаги в змеевике при возникновении кризиса теплообмена:

а высокие давления и низкие массовые скорости; б высокие массовые скорости; в низкие давления

В случае интенсификации теплообмена  в змеевиках  мы имеем дело с комбинированным методом повышения интенсивности теплосъема. С этой целью можно использовать пористые спеченные покрытия.

Рассмотрим характеристики теплоотдачи в переходной и закризисной областях  двух спиральных труб: с технически гладкой поверхностью (рис. 3.34, а) и пористым покрытием (рис. 3.34, б) в диапазонах массовых скоростей (100 ¾ 600) кг/(м²·с), давлений (0,2 ¾ 4,5) МПа, тепловых нагрузок (0,3¾ 1,1) МВт/м² . Покрытие нанесено спеканием на ее внутреннюю поверхность. Материал покрытия ¾ сталь Х18Н10Т. Толщина покрытия 0,22 мм, пористость 60%, диаметр частиц 60 мкм. Внутренний диаметр спиральных труб равен 8 мм, толщина стенки 1 мм. Ось змеевиков расположена вертикально. Количество витков  5. Диаметр навивки по осевой линии спиральной трубы равен 120 мм. Шаг навивки  14 мм.

Для определения осредненных температур стенки и потока, а также их среднеквадратических отклонений (s) используем многократный (до 200 измерений) опрос датчиков.

Разность температур стенки в окрестности внутренней (j=180°) и наружной (j=0) образующих змеевика может составлять (200¾300)°С. Развитие кризиса теплоотдачи сопровождается как ростом температуры, так и  пульсаций температуры стенки. На рис. 3.35 показаны распределения температуры стенки и интенсивности ее пульсаций  по углу j для спиральной трубы. В начале переходной области (x > x*) положения максимумов температуры стенки и ее пульсаций приходятся на внутреннюю образующую (j=180°). В  конце переходной зоны (x ® x**)  максимум пульсаций температуры стенки смещается к наружной образующей, так как здесь развитие кризиса теплообмена  происходит с некоторым запаздыванием.

Это означает, что в змеевике возможно стационарное устойчивое сосуществование в одном сечении канала пузырькового и  переходного кипения и режима теплосъема дисперсным потоком. Такая же особенность отмечена  при неоднородном нагреве горизонтальной трубы, подвергнутой внешнему одностороннему нагреву.