Критические тепловые нагрузки при кипении, страница 10

Данные, представленные на рис. 6.27 подчеркивают сложность проведения опытных исследований КТН при кипении в недогретом потоке в каналах малого диаметра. В опытах [65] основное гидравлическое сопротивление в контуре приходится на РУ. Увеличение тепловой нагрузки приводит к заметному изменению потерь давления на РУ, вызывая изменение давления и расхода в системе. Тщательность поддержания режимных параметров в таких условиях не всегда возможна. Кроме того, в подобных опытах сказываются и оттоки тепла в узлах токоподводов. Наверное, именно этим и можно объяснить заметный разброс данных на рис. 6.27 при очень близких параметрах, когда значения q_кр не должны сильно отличаться. Рис. 6.27 позволяет утверждать, что изменение относительной длины РУ обусловливает изменение величины недогрева жидкости. Использование относительной длины в качестве параметра в некоторых формулах для расчета КТН не вполне корректно, изменение отношения  l/d приводит к изменению основных параметров потока [83, 180].

Для данных [65], представленных на рис. 6.26, можно отметить, что на  рабочем участке с диаметром d = 0,406 мм при rw = 100000 кг/(м²×с), достигнуты рекордные на сегодняшний день значения q_кр= 276 МВт/м², соответствующий расчет по (1.14) дает значение q_пр= 278 МВт/м².

Рис. 6.27. Опытные данные [65] о q_кр в зависимости от температуры жидкости на выходе

Переходя к обобщению данных о КТН других исследователей в закрученном потоке при  одностороннем нагреве, хотелось бы подчеркнуть следующее. Простая оценка наибольшей плотности теплового потока на стенке при кипении в прямом сильно недогретом потоке в виде (1.14) позволяет обобщить известные данные о КТН с точностью, по крайней мере, не уступающей расчету по весьма сложным моделям [87–89 и др.]. Эти модели описывают, что происходит в потоке, тогда как (1.14) дает ответ на вопрос почему начинается развитие кризиса. Уравнение (1.14) позволяет весьма удачно обойти сложнейшие вопросы описания процессов испарения-конденсации в пристеночном пузырьковом слое [181].

Провести апробацию расчета по (6.1) на данных о КТН при кипении в сильно недогретом закрученном потоке в условиях равномерного нагрева оказалось достаточно сложным в силу крайней ограниченности опытных данных [145]. Удалось привлечь только четыре точки из [13], соответствующих условию х_вых<–0.2 для труб диаметром 6.3 и 4.8 мм, при k= 0.20, 0.32, 0.63 и 0.68, rw = (10–27)×10³ кг/(м²×с), p_вых = 1.6–3.8 МПа. Сравнение, представленное в таблице 6.2, показало удовлетворительное согласие рассчитанных по (6.1) данных с опытными значениями.

Таблица 6.2. Сопоставление опытных данных [13] с расчетом по (6.1)

Достижение термодинамического предела кипения при умеренных приведенных давлениях, возможно, по-видимому, только в условиях, позволяющих ограничить развитие пристенного пузырькового слоя. Такие условия создаются в односторонне нагреваемых трубах с закруткой потока. Можно ожидать, что если исключить одно из условий подобных опытов: или убрать ленту, или обеспечить сглаживание неизотермичности внутреннего периметра канала, то плотность теплового потока на стенке должна быть близкой к определяемой уравнением (6.1). Это предположение подтверждает сопоставление опытных данных [119] о КТН полученных в условиях одностороннего нагрева для трубы без ленты и при закрутке на рабочем участке с удлиненной нижней стороной, сглаживающей термическую неоднородность. Данные о q_кр для трубы внутреннего диаметра 7 мм без ленты получены при w = 6–25 м/с, p_вых = 1 МПа, Т_вх = 28.5–30 ^оС, а при закрутке потока на РУ с  внутренним диаметром 7 мм при w = 4–20 м/с, p_вых = 1.0 – 1.5 МПа, Т_вх = 21.5–25.5 ^оС, k= 0.52. Фиксация кризиса была основана на данных измерений температуры стенки РУ. На рис. 6.28 представлено сравнение этих опытных данных о КТН с расчетом по (1.14) для прямого потока и по (6.1) для закрученного в виде зависимости отношения q_кр / q_пр от скорости потока. На рис. 6.28 показаны также поперечные сечения рабочих участков.