Критические тепловые нагрузки при кипении, страница 13

На рис. 6.31 показано сопоставление данных о КТН [130], [117], [131] и полученных в настоящей работе на РУ № 2 и соответствующих термодинамическому пределу кипения, с рассчитанной плотностью теплового потока по методике (5.1), (5.4) и (5.2) с использованием условия равенства температуры стенки температуре предельного перегрева жидкости. При расчете в (5.4) как и в [183, 184] использован коэффициент, учитывающий “эффект ослабления молекулярного сцепления жидкости с поверхностью” [185],  т.е. вместо (Т_пп–Т_s) использована несколько меньшая величина h(Т_пп–Т_s), где h=0.92. Сопоставление на рис. 6.31 представлено в виде отношения q_{кр.эксп}/ q_{кр.расч} в зависимости от массовой скорости.

Рис. 6.31. Сопоставление данных о КТН [130], [117], [131] и полученных в настоящей работе на РУ № 2 с расчетом

Данные, представленные на рис. 6.31, говорят об удовлетворительном соответствии (подавляющее большинство точек в пределах 20% отклонения) расчета плотности теплового потока при условии Т_ст=Т_пп опытным значениям КТН настоящей работы и работ [130], [131]. Разброс данных [117] обусловлен использованным в этой работе критерием определения момента кризиса, хотя большая часть точек находится в разумном согласии с расчетом. Можно утверждать, что в опытах [117] и [131] был так же, как и в настоящей работе и [130], достигнут термодинамический предел кипения.

В заключение раздела можно отметить, что достижение термодинамического предела при кипении в недогретом потоке при умеренных приведенных давлениях отмечено только в опытах при одностороннем нагреве и охлаждении закрученным потоком. Для таких условий максимальная плотность теплового потока на стенке определяется достижением условия Т_ст=Т_пп, а для всех других рассмотренных опытов достижением значений, определяемых (1.14) для прямого потока и (6.1) для закрученного.

6.4. Выводы

В работе впервые получены опытные данные о КТН при кипении в сильно недогретом закрученном потоке в канале с гидравлическим диаметром 2.2 мм в условиях одностороннего нагрева. Данные получены в диапазоне параметров потока воды: давление воды 0,7 и 1,0 МПа, массовая скорость  rw= 1100 – 9900 кг/(м²∙с), температура воды на входе 20, 40, 60 °С, коэффициент закрутки потока k = 0,37 и 0,19, а также для трубы без ленты.

Выполнен анализ собственных и всех известных экспериментальных данных других исследователей в условиях одностороннего нагрева и охлаждения закрученным потоком. Показано, что только в этих условиях возможно достижение термодинамического предела кипения при умеренных приведенных давлениях. Предложен способ расчета КТН, соответствующих достижению термодинамического предела кипения, уверенно обобщающий опытные данные.

Для расчета КТН при кипении в закрученном потоке, для условия                 Т_ст < Т_пп, предложено уравнение (6.1), с удовлетворительной точностью обобщающее как собственные опытные данные, так и данные других исследователей. Уравнение (6.1) основано на рассмотрении предельных возможностей теплообмена в недогретом закрученном потоке.

Выполнено исследование условий смены режимов кипения. Получены и проанализированы характерные распределения температур мишени вблизи стенки канала в зависимости от подводимой нагрузки. Экспериментально показано существование обширной по периметру канала области пленочного режима кипения с сохранением устойчивого теплообмена.

Прямыми температурными измерениями определено влияние ориентации скрученной ленты на характер распределения температуры мишени. Установлено, что для относительно малых тепловых нагрузок, соответствующих конвективному теплообмену и пузырьковому кипению на внутреннем периметре канала, влияние ориентации вставленной по свободной посадке скрученной ленты незначительно. Увеличение плотности подводимого теплового потока приводит к образованию зоны с ухудшенным теплообменом в области внутреннего периметра канала, прилегающей к ребру ленты.