Динамика поверхности раздела пар-жидкость при ее контакте с нагретыми телами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

00505»"«"

Киреева Анна Николаевна

Динамика поверхности раздела пар-жидкость при ее контакте с нагретыми телами

Специальность 01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

1 6 МАЙ 2013

Москва 2013

005058000

Работа выполнена на кафедре инженерной теплофизики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Синкевич Олег

Арсеньевич

Официальные оппоненты: Фролов Сергей Михайлович, д.ф.-м.н.,

старший научный сотрудник, руководитель отдела горения и взрыва Института химической физики им. H.H. Семенова РАН

Звонарев Юрий Алексеевич, к.т.н., начальник отдела исследований тяжелых аварий Института атомных станций НИЦ «Курчатовский институт»

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки «Объединенный институт высоких температур РАН»

Защита состоится «17» мая 2013 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета при ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» по адресу 111250, Москва, ул. Красноказарменная, 14, кафедра инженерной теплофизики, комн. Т-206.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ». Автореферат диссертации размещен на сайте •www.mpei.ru. Отзывы на автореферат с подписями, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан «^>> апреля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.04,

к.т.н. Ястребов А.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучаемое явление парового, взрыва имеет достаточно широкое распространение в природе и технологических процессах и может представлять собой значительную опасность. Рассмотрение, подробное описание и разработка алгоритма для расчета параметров такого процесса представляют интерес как с научной, так и практической точек зрения.

Актуальность расчетов и разработки моделей протекания стадий парового взрыва обуславливается тем, что любая стадия этого явления трудна для изучения. Хотя на протяжении нескольких десятилетий проводятся эксперименты на одиночных капельках или сферах малого диаметра, современный технический уровень не позволяет зафиксировать все механизмы протекания такого взрывного процесса.

Паровой взрыв включает в себя несколько стадий и предполагает неоднозначное развитие событий, в силу существования множества факторов, влияющих на дальнейшие шаги протекания изучаемого процесса. В настоящей работе по этой причине внимание было уделено отдельным стадиям этого процесса, представляющимся актуальными в связи с их интенсивностью, отсутствием окончательного мнения относительно их природы и опасностью при их масштабном протекании.

Результаты, полученные в диссертационной работе, актуальны с теоретической и практической точек зрения. Рассмотрение первого из приведенных в работе явлений позволило пересмотреть достигаемую температуру контакта между холодной и горячей поверхностями и сделать вывод о существенно меньшем значении температуры жидкости при контакте. Такой результат позволил подтвердить используемое уже несколько десятилетий предположение о возможности соприкосновения жидкости и горячей твердой частицы. Изучение процесса динамики паровой пленки позволило получить алгоритм для расчета объема пара, образующегося при попадании горячей частицы в холодную жидкость.

Пели работы заключаются в изучении парового взрыва, происходящего при попадании горячей твердой или жидкой частицы в холодную жидкость, находящуюся при температуре меньше температуры кипения при данном давлении, включая разработку математической модели, создание алгоритма для расчета и сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Важной целью работы было рассмотрение одной из ключевых стадий парового взрыва — фрагментации капли расплавленного металла, попавшей в холодный теплоноситель. Рассмотрение этого процесса проводилось для получения новой модели прохождения фрагментации. Для характеристики

модели необходимо также получить качественные описания и алгоритм протекания процесса в зависимости от условий течения явления, а также количественные оценки критериев, определяющих направление прохождения процесса.

В программу работ входило решение задачи о динамике паровой пленки, образующейся около нагретой сферы, при опускании её в холодную жидкость, определить температуру на поверхности, разделяющей пар и жидкости и толщину, образующейся паровой пленки, окружающей горячую сферу.

Отдельную часть программы работ составляет образование волн, распространяющихся по поверхности паровой полости и определение границ возникновения таких колебаний.

В настоящей работе ещё одной целью было рассмотрение возможности интенсификации межфазного теплообмена около горячей твердой стенки путем моделирования некоторых процессов, свойственных паровому взрыву, с помощью кавитации, используя имеющие в настоящее время сведения об ультразвуковой кавитации.

Объекты и методы исследований; объектом исследования диссертационной работы являлся паровой взрыв. При рассмотрении этого явления было выделено несколько стадий: контакт холодной окружающей жидкости с раскаленной (расплавленной) поверхностью; колебания образовавшейся паровой пленки; развитие неустойчивости на поверхности расплавленного металла; фрагментация капли расплавленного металла. В работе также было рассмотрено явление кавитации в жидкости, инициируемое воздействием ультразвука. Рассмотрено влияние протекающей кавитации на теплообмен.

В качестве метода исследования применялось математическое моделирование рассматриваемых процессов с использованием уравнений гидродинамики и тепломассообмена и сопоставление с экспериментом.

Научная новизна работы заключается в более глубоком анализе процессов сопровождающих паровой взрыв, включая:

1) Изучение возможности соприкосновения холодной жидкости с горячей поверхностью, позволившее подтвердить используемое уже несколько десятилетий предположение. Важность этого результата заключается в том, что поскольку многие модели и теории, относящиеся к рассмотрению парового взрыва, так или иначе, включают не достаточно обоснованные предположения о наличии контакта холодной и горячей поверхностей;

2) Более детальный анализ механизмов, приводящих к фрагментации жидкометаллической капли, помещенной в холодную покоящуюся (не кипящую) жидкость, включающий в себя, как уже рассматривавшиеся

ранее механизмы фрагментации, так и новые процессы: а) использование аналогии между микроскопическими процессами на границе металл-вода и известной задачей об ударе пластины о поверхность, б) взрывное разрушение волн, возникающих на поверхности паровой пленки.

Эти подходы позволяют количественно оценить процесс фрагментации (время и масштаб). Такие оценки важны для интерпретации экспериментальных результатов на единичной капле. Так как даже при проведении экспериментов на единичной капле, осколки от нее могут разлетаться на расстояния порядка 10 радиусов первоначальной капли и ■демонстрировать, что фрагментация по времени и интенсивности протекания сходна со взрывом;

3) Получение обобщенного уравнения Рэлея-Ламба, учитывающего наличие потока массы с поверхности паровой пленки. Решена задача о динамике межфазной границы у поверхности горячей частицы. Полученные результаты позволяют проследить все образование сферической паровой полости при попадании твердой горячей частицы в холодную жидкость и найти толщины паровой полости, распределения температур и скоростей в жидкости и паре, поток массы, давление и температуру на границе пар-жидкость.

4) Проведение более детального анализа возможностей развития неустойчивости в слое между поверхностью холодной жидкости й горячей жидкой капли металла. Этот анализ показал, что размеры длин волн на поверхности жидкости могут отличаться от длин на поверхности металла, что важно для теории парового взрыва. В некоторых работах считается, что развитие неустойчивости на поверхности воды приводит к генерации такой же неустойчивости на поверхности жидкого металла. Это связано с неучетом разности плотностей и поверхностных натяжений, а также с тем, что могут существовать другие механизмы генерации волн, отличных от гравитационных

5) Определена граница возникновения колебаний около горячей металлической частицы, связанная с распространением волн нового типа по поверхности паровой пленки.

6) Предложена и подтверждена патентом РФ методика возможности интенсификации теплообмена у горячей поверхности, основанная на использовании ультразвуковой кавитации. Особенности которой можно более детально оценить, используя выведенное ранее обобщенное уравнение Рэлея-Ламба.

Достоверность научных результатов и обоснованность выводов диссертационной работы обеспечивается применением уравнений сохранения, согласованных с общими законами физики и' гидродинамики, стандартных вычислительных методов и сравнение полученных в

диссертации данных с экспериментальными. Достоверность результатов также обуславливается обоснованием используемых допущений и приближений и непротиворечием с классическим выводам гидродинамической и теплофизической теорий.

Практическая ценность. Полученные в работе результаты представляют не только теоретическую, но и практическую ценность и позволяют на практике оценить некоторые параметры парового взрыва. Полученные данные по температуре и парообразованию позволяют рассчитать тепловые потоки, имеющие место при попадании горячего материала в холодный теплоноситель, а также количество образующегося пара.

В практическом смысле полезно проведенное рассмотрение ультразвуковой кавитации как интенсификатора теплообмен в условиях охлаждения горячей поверхности, окруженной жидким теплоносителем.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

* результаты расчета по математической модели столкновения недогретой до температуры кипения жидкости с горячей поверхностью и сравнение полученных данных с результатами экспериментов;

* описание предложенного механизма фрагментации жидкометаллической капли, оказавшейся в холодной низкокипящей жидкости, с использованием полученных в работе оценок параметров протекания данного процесса в до- и закритической областях;

* расчет динамики паровой пленки и достижимых ею стационарных толщин;

* результаты моделирования колебаний паровой пленки около раскаленной частицы, помещенной в недогретую до температуры кипения жидкость;

* получение соотношений, описывающих границу возникновения колебаний паровой пленки, и сопоставление с экспериментальными данными;

* анализ характеристик ультразвуковой кавитации и предложение метода интенсификации теплообмена между жидкостью и горячей поверхностью;

* анализ вероятности развития неустойчивости на поверхностях жидкости и расплавленного металла при их соприкосновении.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на XVI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, (Москва, 2010 г.); V Российской Национальной конференции по теплообмену (Москва, 2010г.); XVIII Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И.

Леонтьева (Звенигород, 2011 г.); Международной научной школе «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических технологиях» (Москва, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано девять работ: три статьи в журналах из перечня ВАК РФ [1-3], один патент [4] и четыре тезиса докладов [5-8] и одна статья в иностранном журнале [9].

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав основного текста и выводов. В работе приводится 43 иллюстрации и 128 библиографическая ссылка. Общий объем работы составляет 120 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлено сжатое описание парового взрыва. Приведен обзор литературы по стадиям этого явления, которым уделено внимание в настоящей работе. Рассмотрены модели фрагментации жидкометаллической капли, разработанные к настоящему моменту. Рассчитаны критерии, которые позволяют оценить возможность взрывного дробления капли.

Кратко описаны математические модели, разработанные для расчета роста и изменения паровой пленки, имеющей место при паровой взрыве, когда горячая частица попадает в холодную жидкость. Выполнено сравнение с работами других авторов.

Сделан обзор публикаций и работ по ультразвуковой кавитации в жидкости и сформулированы проблемы исследования различных стадий парового взрыва.

В первой главе рассмотрена фрагментация капли расплавленного металла, попадающей в холодную жидкость, недогретую до температуры насыщения.

Сначала рассматривается задача о соприкосновении горячей и холодной жидкостей. В классической постановке в задаче фигурируют два полупространства, заполненные двумя, различными средами с постоянными параметрами и разными значениями температуры, Тт для расплава и Го для холодной легкокипящей жидкости. Предполагается, что оба полупространства мгновенно соприкасаются друг с другом. В таком случае температура на границе, по которой произошло соприкосновение двух сред, определяется по формуле

Т =Т АТ»~Тъ)К СП

1с 1о+ 1+К ' tU

ч

где -2.= 1 р1 1 ; х, р, ср - коэффициент теплопроводности,

л2 v v

плотность и теплоемкость; индексы 1 и 2 относятся к расплаву и жидкости соответственно.

Далее рассмотрена другая модель получения температуры на поверхности соприкосновении жидкости и металла, учитывающая движение жидкости по направлению к горячей поверхности.

т1=0жтв+/(х,0, 0 <х,К-но, Гх(0,0 = ф(»), 0 < ^ < +оо, Т(х, 0) = \|/(л:), 0 < х < +оо .

Здесь Т - температура среды, °С; аж - температуропроводность жидкости, м2/с; нижний индекс обозначает частную производную по соответствующему аргументу. Окончательно решение для рассматриваемой задачи выглядело следующим образом:

где д(т) - плотность теплового потока на поверхность жидкости со стороны нагретой металлической пластины, Вт/м2; - теплопроводность жидкости, Вт/мК; * - время, за которое жидкость достигнет горячей поверхности, с.

Тепловой поток на поверхности жидкости в данном случае рассчитывался по закону Фурье от момента, когда температурный пограничный слой, окружающий нагретую поверхность1, касался поверхности жидкости, и до тех пор, пока расстояние между жидкостью и металлической поверхностью не оказывалось меньше длины свободного пробега. Толщина температурного пограничного слоя2 8Т оценивалась как - П

от = —I , где и - характерный размер нагретой поверхности, а Лед -

число Рейнольдса. Далее поток тепла от нагретой поверхности к жидкости рассчитывался как свободномолекулярный3.

1 Исаченко В.П., Осипова В.Л., СукомепАЛ. Теплопередача. Энергоатомиздат. 1981,416 с.

2 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Пер. с нем. М.: Наука, 1974.711с.

3 Лыков А.В. Теория теплопроводности. М. Высшая школа. 1967.600 с.

Рис, 1. Температура контакта двух поверхностей в зависимости от температуры стенки при различных скоростях движения образца. 1 - по соотношению (1), для стали; 2 - для никеля; 3,4- по соотношению (2) при скоростях движения. 0.002 и 0.01 м/с

На основе рассмотренных результатов моделирования и опытов было получено, что принципиально возможно наличие контакта между горячей поверхностью твердой сферы или расплавленной капли.

Далее описана новая предложенная модель инициирования и прохождения процесса фрагментации в системе жидкий металл-вода.

Рис. 2. Схема эксперимента: I - падающая капля жидкого металла; 2 - холодная жидкость; 3 - граница теплового пограничного слоя в паре; 4 - межфазная граница.

' ParkH.S., Harnson R.C., Sehgal B.R. Continuous High-Speed X-Ray Radiography to Visualize Dynamic Fragmentation of Molten Liquid Droplet in Liquid Coolant. Proceedings of PSFVIP-4. June 3-5,2003, Chamonix, France. F4090.

Рассмотрено два случая, отличающихся диапазоном исследуемых температур холодной жидкости в момент прямого контакта с горячей поверхностью.

Получены оценки рассмотренных случаев для фрагментации капли жидкого расплавленного металла.

В первом случае температура поверхности не превышает своего критического значения. В такой ситуации предполагается капиллярный распад поверхности. Приведены оценки параметров, при которых возможно протекание по такому алгоритму (рис. 3).

Второй предложенный механизм фрагментации поверхности расплава рассмотрен для случая, когда температура окружающей жидкости выше своей критической температуры. Решение этой задачи получено с помощью аналогии с задачей об ударе о поверхность некоей жидкости плоского тела. Удар движущегося со значительной скоростью тела о жидкость приводит к генерации концентрированного «всплеска» жидкости вблизи боковых поверхностей ударяющего тела.

Во второй главе рассматривается другой процесс, являющийся частью парового взрыва - образование пара у горячей твердой поверхности при попадании горячей частицы в холодную воду. Получены уравнения, описывающие поля температур, давлений и скоростей в жидкости и паре. Найдено положение стационарного состояния для паровой пленки, образующейся около металлической сферы. Рассмотрены процессы испарения и конденсации у межфазной поверхности жидкость-пар. В том числе рассмотрено влияние вязкости жидкости на колебания толщины паровой пленки. А также построены фазовые портреты рассмотренных режимов.

В данной работе анализируется лишь первая часть проблемы - динамик границы раздела пар-жидкость (рис. 4), сводящаяся к выводу обобщению

уравнения Рэлея-Ламба. Отмечается изменение температуры фазового перехода и, соответственно, давления насыщенного пара. Установлено, что при параметрах среды, далеких от критической точки, обобщенное уравнение Рэлея-Ламба сводится к его известному варианту.5

Жидкость

Рис. 4. Схематичное изображение задачи Релея.

Граница паровой сферы является фазовой поверхностью, на которой

существует поток масс m {t). Эта граница перемещается со скоростью W =

R, отличной от скорости жидкости, поэтому из закона сохранения масс получается следующая связь между скоростями

ps(us-W)=pL(uL-W)=m(t).

Стандартным образом из уравнения неразрывности для жидкости получаем распределение скорости жидкости

Рг.

Поток масс, в свою очередь, зависит от распределения температур в паре и жидкости и пропорционален разности потоков теплоты

m ^(wi-w; L-

(3)

Здесь А - удельная теплота испарения (конденсации), V „Т — градиент температуры, направленный по нормали к поверхности раздела фаз.

5 Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. M: Наука, Глав. ред. физ.-мат. лит-ры, 1987. Ч. 1.464 с.

Давление в паре равно давлению насыщения при температуре кипения

С учетом вязкости жидкости и поверхностного натяжения на границе раздела пар-жидкость, обобщенное уравнение Рэлея-Ламба, учитывающее поток масс с поверхности нагрева, имеет вид

2 PL РЛ 2

/ . \2 m

Pl

| 2ст ^^„^(дК^Д

RPl RPL ' PL

(4)

Здесь Г), ст - коэффициенты динамической вязкости и поверхностного натяжения жидкости соответственно, индексы Las означают воду и пар.

Из (4) с учетом т (0 — -psJV — -psR в пренебрежении вязкостью и поверхностным натяжением, следует форма обобщенного уравнения

Рэлея-Ламба, которую предлагается использовать, когда — и 1

Pl

•• -î . 2

R+—R 2 R

1--

2 р, 1 f \ Р. 2 t \ PL

3pi з IpJ Ip¿-pJ *(pl "p.)

Вдали от критической температуры с точностью до малого параметра

— «1 обобщенное уравнение Рэлея-Ламба сводится к привычному виду, Рь

в котором учитывается зависимость давления насыщения от температуры кипения Рь(Ть), а температура кипения является функцией от положения границы раздела и ее скорости Ть = Ть(Я, д)

.. 3 1 .2_

RPl

(5)

Были также получены распределения температур в жидкости, газе и на межфазной поверхности.

Распределения возмущений температуры в паре Т s(r,t) (Rx<r< R(t)) и в жидкости Tdr,t) (R(t)) < г < оо) находятся из решений уравнений теплопроводности, в которых будем, опираясь на данные работы6, пренебрегать переносом теплоты за счет излучения

6 Домбровский Л.А,, Зайчик Л.И. Динамика парового пузыря при тепловом взаимодействии горячей сферической частицы с окружающей водой. // ТВТ. 2000. Т. 38. № 6. С. 975-984.

- _ , _ _ — " ~ Jk

PsCPs[jtTs + us--Ts(r,t)] - dtPs= S - xy — Tlr.t),

PPLIJ/L + UL-~ T'L(r,t)] - TtPL~~sfr

В этом случае уравнения для температур жидкости и пара решаются со следующими граничными условиями:

г'ХДь t)-Ti = const,

TL(r -> .00, t) = Г0 = const

и условиями, учитывающими, что на фазовой границе (г = R(t)) выполняются условия непрерывности температур пара и жидкости и равенство их температуре кипения

T's(R(t)) = T'L(R(t)) = Tb.

Для удобства введены такие безразмерные параметры:

R

RR

^ а1 К р;. Тх СрЬТх 7,

В итоге получены зависимости температур жидкости и пара от времени и координаты:

(.R-R,) \г

ехр ~.КД2/а£г 1-1

T:L(r,t) = T0+(Tb- То)

ехр -RR/aL -1

Полученные зависимости позволяют найти потоки теплоты на границе раздела фаз. После подстановки выражения для потоков в уравнение (5) была получена связь температуры кипения с положением и скоростью границы, и другими параметрами задачи:

Тк = г,1 - ^ХР/ + [Щ{Т + хр) - 1]ехр(- /) 1-(1-^)ехр(-/)

'■л '¡О

Режим изменения толщины паровой пленки ад, в интервале безразмерного времени 0 < т = /Дс < 500 для 4(0) = 0, £ (0) = 0, Е = 0.01 (Е^ = 4.6 х Ю м, *с = 1.26 х 10'7 с) представлен на рис. 5. Рис. 5 демонстрирует режим незатухающих колебаний (л, = 0). Горизонтальная прямая отмечает стационарное значение паровой пленки.

Рис. 5. Режим незатухающих колебаний: Е = 0.01, тц = 0.

Рис. 6 представляет режим изменения толщины паровой пленки для частицы размером ^ = 1.5 х Ю"6 м (Гс= 1.3 х ю-4 с), Е = 10.1 с теми же

начальными условиями = 0,1 (0) = 0.0001.

"О

10

20

30

40

50

т

Рис. 6. Режим затухающих колебаний: 2 = 10.1, т|1 = 0.63.

Далее были рассмотрены колебания пленки при малых отклонениях от стационарного состояния

В таком случае из уравнения (5) исключаются квадратичные члены и получается уравнение вида

Обозначили множитель перед 87? как После проведения дифференцирования было получено, что множитель К* < 0, всегда отрицателен. Откуда следует вывод о наличии периодических колебаний вблизи стационарного состояния. Частота колебаний определяется выражением ____

Ж» = + бД(0, шоукя« 1.

значениях параметра Т для = 0.005 м.

На рис. 7 приведена зависимость множителя от безразмерной температуры Т (для разных нагревов горячей поверхности) и параметра 7Я = То/Ти Как видно из рисунка производная всегда отрицательна. Наибольшие по модулю значения соответствуют меньшим нагревам твердой поверхности, а влияние температуры окружающей жидкости выражается в уменьшении (по модулю) производной с ростом

В конце второй главы кратко рассмотрена возможность возникновения и развития волн, отличающихся от гравитационно-капиллярных и распространяющихся по поверхности паровой пленки, окружающей горячую частицу. Отмечена важность этого процесса для явления парового взрыва в целом и влияния его на протекание самого взрыва. В рамках сформулированной теоретической постановки получены соотношения, которые позволяют определить границу возникновения колебаний и сопоставить их с недавними экспериментальными данными.

Зависимость между температурами горячей частицы и холодной жидкости, позволяющая оценить границы возникновения колебаний паровой пленки, базируется на том, что существование колебаний при

На рис. 7 представлены расчеты границ возникновения колебаний и их сравнение с экспериментальными данными8. Отмечена сложность определения є и важность погрешности при работе с экспериментальными точками. Расчеты проводились при постоянных теплофизических свойствах жидкости и пара.

В третьей главе приведено краткое описание ультразвуковая кавитация с использованием характерных значений параметров процесса и полученных ранее зависимостей температуры жидкости при соприкосновении ее с горячей поверхностью от скорости ее движения, предложен способ интенсификации теплообмена у горячей поверхности с помощью кавитационных микроструй.

В первой части главы рассмотрены основные характеристики кавитации в жидкости и динамика схлопывания кавитационных пузырьков и выделен эффект кавитации - кумулятивные струйки, возникающие при схлопывании каверн.

При описании микроструй из литературы выбраны их характеристики, которые представляют интерес для анализа возможности их применения их на практике. Приведены возможные значения скорости их истечения, а также сделана попытка на основе энергетического рассмотрения оценить эффективность затрачиваемой акустической мощности, используемой кавитационными пузырьками при схлопывании и, следовательно, при і

Рис. 8. Схема формирования микроструи у поверхности.

Во второй части главы, используя теоретические и экспериментальные данные о кавитации, предложен и описан возможный механизм повышения эффективности охлаждения поверхности с помощью данных микростуй. Показано, что движение микроструй, создаваемых при схлопывании кавитационных полостей, имеет значительное влияние на

8Ивочкин Ю.П., Вавилов С.Н., Зейгарник Ю.А., Кубриков КГ. К вопросу об отсутствии фрагментации горячих капель при малых недогревах охладителя. // Теплофизика и аэромеханика. 2012. Т. 19. № 4. С.

475-481.

поверхность сосуда, в котором происходит кавитация. Этот эффект и лежит в основе предложенного способа интенсификации теплообмена у горячей поверхности.

По оценкам, представленным в работе получено, что с помощью предложенного способа влияния на теплообмен можно организовать снятие тепловых потоков порядка 100 МВт/м2. Получаемые потоки тепла зависят от температуры жидкости и нагретой поверхности. Температура холодной жидкости, подходящей к поверхности, существенно зависит от скорости образующейся струйки. Этот параметр является случайным, по экспериментальным оценкам может иметь значение в диапазоне 10-170 м/с.

Предложенный метод достаточно прост в применении, единственным параметром, требующим регулировки, является частота ультразвука, используемого для генерации кавитации. В качестве оценки возможно привести большой интервал значений 20 кГц-1 МГц. Более точное значение следует выбирать, исходя из определенной установки и характеристик холодной жидкости.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В качестве основных результатов работы можно перечислить следующие пункты:

1. предложены механизмы фрагментации жидкой капли для до- и закритической состояний жидкости;

2. исследованы условия возникновения неустойчивости на поверхности недогретой жидкости и расплавленного металла при их соприкосновении;

3. выведено обобщенное уравнение Рэлея-Ламба, учитывающая наличие потока массы с поверхности паровой пленки, и решена задача о динамике межфазной границы у поверхности горячей частицы;

4. определена граница возникновения колебаний около горячей металлической частицы, связанная с распространением волн нового типа по поверхности паровой пленки;

5. предложен способ использования ультразвуковой кавитации для генерации кумулятивных микроструй, приводящих к интенсификации теплообмена.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. В.В. Глазков, А.Н. Киреева Эффект прямого контакта жидкости с поверхностью при закалке. // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № з. с. 475-477.

2. С.Н. Вавилов, A.B. Жатухин, А.Н. Киреева Исследование контакта холодного теплоносителя с перегретой поверхностью. // Тепловые процессы в технике. 2011. № 3. С. 118-121.

3. O.A. Синкевич, В.В. Глазков, А.Н. Киреева Обобщенное уравнение Рэлея-Ламба. // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50. № 4. С. 555564.

4. O.A. Синкевич, В.В. Глазков, А.Н. Киреева Способ охлаждения с помощью микроструй. Заявка на патент на способ. МПК В08ВЗ/12. № 2011107802/07.01.03.2011. Одобрена 21.12.2011. 7 с.

5. В.В. Глазков, А.Н. Киреева Эффект прямого контакта жидкости с поверхностью при закалке // Тезисы докладов XVI Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, Москва, МЭИ, 2010. С. 76.

6. С.Н. Вавилов, A.B. Жатухин, А.Н. Киреева Исследование контакта холодного теплоносителя с перегретой поверхностью // Труды V Российской Национальной Конференции по Теплообмену, Москва, МЭИ, 2010. С. 68-72.

7. O.A. Синкевич, В.В. Глазков, А.Н. Киреева Динамика'паровой пленки при попадании горячей сферической частицы в жидкость. // Тезисы докладов XVni Школы-семинары молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, 23-27 мая 2011 г., Звенигород, Россия. С. 25.

8. O.A. Синкевич, В.В. Глазков, А.Н. Киреева Обобщенное уравнение Рэлея-Ламба. // Тезисы Международной научной школы «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических технологиях». М. 0507 сентября 2011 г. С. 17.

9. O.A. Sinkevich, V.V. Glazkov, Yu.P. Ivochkin, A.N. Kireeva Vapor Films under Influence of High Heat Fluxes: Nongravity Surface Waves and Film Explosive Disintegration // Int. J. Nonlinear Sei. Numer. Simul. 2013. № 1. P. 114. .

Подписано в печать09.0И-Ж зак. Ю$ Тир. JOO П.л.

Полиграфический центр МЭИ

Красноказарменная ул.,д.13

j