Критические тепловые нагрузки при кипении, страница 5

·  Для относительно малых тепловых нагрузок (q_е < 10 МВт/м²) влияние ориентации вставленной скрученной ленты незначительно, что можно объяснить высокой теплопроводностью медной мишени и высокой эффективностью теплообмена при кипении и конвекции.

·  С увеличением плотности подводимого теплового потока, температуры стенки вдоль разных линий тока начинают расходиться, причем с приближением к ребру ленты температура стенки возрастает. Рост температуры, по-видимому, объясняется влиянием зоны замедленного движения теплоносителя вблизи ребра ленты (застойная зона), что приводит к уменьшению интенсивности теплообмена и возникновению паровой пленки в области, прилегающей к ребру, размеры которой растут с увеличением теплового потока. Снижение коэффициента теплоотдачи в застойной зоне приводит к росту температуры стенки.

·  По мере удаления от лобовой точки (с ростом угловой координаты) со смещением от тепловоспринимающей поверхности вдоль линии тока, неоднородность температурного поля сглаживается.

6.2. Результаты опытных исследований кризиса теплообмена при кипении на РУ № 2

При исследовании теплообмена к закрученному потоку при одностороннем нагреве на РУ № 2 был получен массив опытных данных по кипению, представленный в главе 5,  в виде зависимости температуры стенки, плотности теплового потока и коэффициента теплоотдачи в лобовой точке от подводимой нагрузки. Опытные данные получены для разных сочетаний параметров потока в исследованном диапазоне: давление воды 0,7 и 1,0 МПа, массовая скорость rw= 1100 – 9900 кг/(м²∙с), коэффициент закрутки потока k = 0,37 и 0,19; температура воды на входе 20; 40; 60 °С. Опыты проводились при пошаговом увеличении подводимой нагрузки (с шагом 5–10 %) при фиксированных параметрах потока на входе в РУ. В данной работе, в условиях одностороннего нагрева, под кризисом теплообмена при кипении понималось появление устойчивой зоны ухудшенного теплообмена с пленочным кипением в окрестности лобовой точки внутреннего периметра.

Анализ опытных данных позволил идентифицировать переход от пузырькового к пленочному кипению, пользуясь несколькими способами:

·  из зависимости распределения температуры в мишени РУ от подводимой мощности;

·  по изменению характера колебаний температуры стенки вблизи поверхности теплообмена;

·  по акустическим сигналам.

При проведении экспериментов непосредственно измерялась температура  стенок мишени РУ № 2 термопарами T1 — T5 (см. рис. 2.8). На рис. 6.21 представлена характерная зависимость осредненных показаний термопар от подводимой мощности для наименьшей массовой скорости rw = 1200 кг/(м²×с).

Рис. 6.21. Зависимость показаний термопар T1— T5 от подводимой мощности для rw = 1200 кг/(м²×с), k = 0,37, T_вх = 20 °C, p_ср = 1,0 МПа

На рис. 6.21 можно выделить несколько режимов теплообмена: до 500 Вт реализуется конвективный теплообмен, о чем свидетельствует темп роста температуры мишени с увеличением подводимой мощности. При достижении на внутренней поверхности в лобовой точке температуры, превышающей температуру, соответствующей началу кипения, начинается пузырьковое кипение, и коэффициент теплоотдачи значительно возрастает, о чем свидетельствует снижение угла наклона кривой T(W). Дальнейшее повышение мощности, когда ее значение превышает 2000 Вт, приводит к смене режима кипения в окрестности лобовой точки с пузырькового на пленочный. В этом случае начинается более интенсивный рост температуры в стенке мишени и у кривой зависимости температуры T3 от подводимой мощности существенно увеличивается наклон. Однако, по периметру канала продолжается интенсивный теплообмен за счет пузырькового кипения и конвекции, о чем свидетельствуют показания термопар T4 и T5. Данные рис. 6.21 позволят однозначно установить смену режимов теплообмена и определить критическую нагрузку как максимальную на этапе развитого пузырькового кипения.