Вторым способом идентификации кризиса служил анализ колебаний температуры стенки в непосредственной близости от поверхности теплообмена. На рис. 6.22 представлены в укрупненном масштабе показания термопары Т3, наиболее близкой к лобовой точке, в зависимости от времени и подводимой нагрузки для режима, соответствующего рис. 6.21. Начальное значение времени на графиках соответствует включению системы измерений в режим записи данных по достижении стационарного режима, конечное значение – переходу к новой тепловой нагрузке.
При развитом пузырьковом кипении зависимость показаний термопары от времени имеет сглаженный характер, при этом амплитуда колебании температуры в установившемся режиме не превышает 3 °С (рис. 6.22 а). В предкризисной области (рис. 6.22 б) амплитуда колебаний температуры может достигать 6 °С с периодом колебаний t~100-101 с. Дальнейший рост тепловой нагрузки (рис. 6.22 в) приводит к образованию паровой пленки в окрестностях лобовой точки с последующим ее “набуханием” и срывом, что приводит к возрастанию амплитуды колебаний температуры (рис. 6.22 г). Более значительное увеличение нагрузки приводит к смещению области с подобным переходным процессом от лобовой точки дальше по периметру, в то время как в окрестности непосредственно лобовой точки реализуется устойчивое пленочное кипение [130].
Рис. 6.22. Колебания температуры, измеренные термопарой T3 при rw = 1200 кг/(м2×с), k = 0,37, Tвх = 20 °C, pср = 1,0 МПа
Третьим способом определения начала пленочного кипения служил анализ акустических сигналов, сопровождающих эксперимент на различных стадиях. Процесс развитого пузырькового кипения сопровождается звуковыми эффектами, связанными с зарождением, ростом и схлопыванием паровых пузырей. В ходе экспериментов было замечено, что частота и громкость слышимого звука, сопровождающего пузырьковое кипение, росли с увеличением подводимой мощности. По-видимому, частота звуковых колебаний связана с размером, а амплитуда с количеством схлопывающихся пузырей. При смене режима кипения с пузырькового на пленочный, было отмечено, что акустические эффекты исчезают, что также позволяет фиксировать качественные изменения в механизме теплообмена. Как показал детальный анализ опытных данных, в подавляющем большинстве случаев все три способа идентификации момента наступления кризиса вполне эквивалентны.
В таблице 6.1 представлены опытные данные о критических тепловых нагрузках при кипении в закрученном недогретом потоке при одностороннем нагреве [211]. В таблице 6.1 Tкр и qкр – соответственно температура стенки и плотность теплового потока в лобовой точке внутреннего периметра, соответствующая появление устойчивой зоны ухудшенного теплообмена в окрестности этой точки. Давление и относительный недогрев представлены в сечении расположения термопар, температура воды – на входе.
Зависимость КТН от массовой скорости и относительного недогрева при одинаковых других параметрах представлена на рис. 6.23 и 6.24 соответственно.
Из анализа данных таблицы 6.1 и рис. 6.23 и 6.24 можно сделать следующие выводы. С ростом массовой скорости потока и недогрева теплоносителя возрастают и критические тепловые нагрузки. Для диапазона массовых скоростей rw=1100–2700 кг/(м2×с) для данных соответствующих закрученному потоку Tкр=(233–259) °С. Отличие данных по qкр для прямого и закрученного потока в этом диапазоне массовых скоростей несущественное. При rw > 4600 кг/(м2×с) Tкр достигает значений, соответствующих температуре предельного перегрева жидкости. В этом случае кризис теплообмена объясняется достижением термодинамического предела кипения [183]. Ранее, термодинамический предел кипения, достигался в опытах на аналогичном РУ диаметром 8 мм [130]. При rw=9900 кг/(м2×с) экспериментально ухудшение теплообмена зафиксировано не было. При достаточно большой мощности, подводимой к мишени, происходил перегрев угловых зон мишени РУ, хотя условия теплообмена на поверхности канала носили бескризисный характер. Значение qкр при этом значении массовой скорости получено расчетным путем при условии равенства температуры стенки температуре предельного перегрева жидкости.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.