Критические тепловые нагрузки при кипении, страница 2

Нагрузка q_е = 19,0 МВт/м² соответствует изменению характера теплообмена в окрестности лобовой точки. Распределение температур при этой нагрузке, представлено на рис. 6.3. Изменения показаний термопары Т1 отличают процессы нарастания и спада температуры на фоне возрастающего среднего уровня. Значения Т1 » 416 ^оС соответствуют температуре стенки канала в лобовой точке превосходящей температуру предельного перегрева жидкости при данном давлении. Можно утверждать, что при этой нагрузке в окрестности лобовой точки реализуется пленочное кипение. Наступление смены режимов теплообмена в лобовой точке при нагрузке q_е = 19,0 МВт/м² можно идентифицировать и из рис. 6.5 по изменению наклона зависимости Т1(q_е).

Дальнейшее увеличение тепловой нагрузки приводит в более выраженному периодическому нарастанию и спаду показаний термопары Т1 с увеличением амплитуды изменений до 4 K при характерном возрастании во времени среднего значения температуры (рис. 6.4). По данным рис. 6.5 при плотности подводимого теплового потока q_е = 20,3 МВт/м² пленочным кипением (Т_ст > Т_пп) занята » 0,1 доля периметра канала, пузырьковым кипением » 0,2, на остальной части реализуется однофазная конвекция. Подобный характер теплообмена является устойчивым, длительность записи экспериментальных данных при этом достигала 10 минут.

Распределения температур, сходные с представленными на рис. 6.1–6.3 были получены и для других значений массовой скорости (rw = 440, 1100 и 2200 кг/(м²∙с)), давления, недогрева жидкости и коэффициента закрутки. Некоторые характерные распределения, при тепловой нагрузке, соответствующей критической и более высокой, для значений rw = 440 и 1100 кг/(м²∙с) показаны на рис. 6.6 – 6.11. Под критической понимается тепловая нагрузка соответствующая появлению зоны ухудшенного теплообмена в окрестности лобовой точки.

Рис. 6.6. Температуры стенки мишени при тепловой нагрузке, соответствующей критической: rw = 1100 кг/(м²∙с), Т_ж.ср = 25 ^оС, р = 1.0 МПа, k = 0.63, q_е = 12,6 МВт/м²

Рис. 6.7. Температуры стенки мишени при тепловой нагрузке, превышающей критическую: rw = 1100 кг/(м²∙с), Т_ж.ср = 26 ^оС, р = 1.0 МПа,k = 0.63, q_е = 13,7 МВт/м²

Рис. 6.8. Температура стенки мишени в зависимости от плотности теплового потока при rw = 1100  кг/(м²∙с), Т_ж.ср= 18–24 ^оС, р = 1.0 МПа, k = 0.63

Рис. 6.9. Температуры стенки мишени при тепловой нагрузке, соответствующей критической: rw = 440 кг/(м²∙с), Т_ж.ср = 39 ^оС, р = 1.0 МПа,k = 0.36, q_е = 7,5 МВт/м²

Рис. 6.10. Температуры стенки мишени при тепловой нагрузке, превышающей критическую: rw = 440 кг/(м²∙с), Т_ж.ср = 49 ^оС, р = 1.0 МПа,k = 0.36, q_е = 12,3 МВт/м²

Рис. 6.11. Температура стенки мишени в зависимости от плотности теплового потока при rw = 440 кг/(м²∙с), Т_ж.ср= 23–49 ^оС, р = 1.0 МПа, k = 0.36

Анализ опытной информации, полученной в ходе исследований условий смены режимов теплообмена, частью представленной на рис. 6.1– 6.11, позволил выделить следующие характерные моменты:

1. Для массовых скоростей rw = 1100, 2200 и 4300 кг/(м²∙с) появление зоны ухудшенного теплообмена в окрестности лобовой точки внутреннего периметра, фиксируемое по характеру изменения показаний термопары Т1 и независимо по результатам акустических наблюдений, соответствует достижению температурой стенки в лобовой точке температуры предельного перегрева жидкости. Это значит, что в условиях опытов достигался термодинамический предел кипения. Значения критической плотности теплового потока в лобовой точке для этих массовых скоростей находятся в хорошем соответствии с полученными ранее в [130] значениями.

Для РУ №4 только при rw = 440 кг/(м²∙с) кризис теплообмена обусловлен внутренними процессами кипения. При rw = 440 кг/(м²∙с) значение температуры стенки при критической нагрузке соответствует T_кр = 242 ^оС, а критической плотности теплового потока – q_кр = 9,8 МВт/м².