Экспериментальное исследование вскипания недогретой воды на перегретых поверхностях

Белов, Кирилл Иванович

Экспериментальное исследование вскипания недогретой воды на перегретых поверхностях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

Белов, Кирилл Иванович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.14 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Экспериментальное исследование вскипания недогретой воды на перегретых поверхностях»

Автореферат диссертации на тему "Экспериментальное исследование вскипания недогретой воды на перегретых поверхностях"

на правах рукописи

Белов Кирилл Иванович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВСКИПАНИЯ КЕДОГРЕТОЙ БОДЫ КА ПЕРЕГРЕТЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность 01.04.14 Теплофизика и теоретическая теплотехника.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Москва-2010

4839659

Работа выполнена в Объединенном институте высоких температур Российской Академии Наук

Научный руководитель: канд. техн. наук, с.н.с.

Ивочкин Юрий Петрович

Научный консультант: докт. техн. наук, с.н.с.

Зейгарник Юрий Альбертович

Официальные оппоненты:

Докт.техн.наук, с.н.с. Болтенко Эдуард Алексеевич Докт.техн.наук, доцент Дедов Алексей Викторович

Ведущее предприятие: Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО

Защита состоится 24.12.2010 в 10 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.212.157.04 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, корп. Т, каф. ИТФ, ауд. Т-206.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ)

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г.Москва, ул. Красноказарменная, дом 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «22» Ноября 2010 г.

РАН

Ученый секретарь диссертационного совета к.ф.-м.н., доцент

Мика В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Процесс вскипания недогретой воды на горячих поверхностях играет важную роль во многих технологических процессах и физических явлениях, например при паровом взрыве на стадии его инициирования. Паровой взрыв (ПВ) - сложное явление, сопровождающее прямой контакт горячей жидкости с охладителем, и характеризующееся образованием высокоинтенсивных импульсов давления (амплитудой до нескольких сотен атмосфер), вызванных резким ростом интенсивности парообразования в условиях быстропротека-ющей фрагментации горячего теплоносителя. Подобные процессы могут иметь место при тяжелых авариях на атомных электростанциях, сопровождающихся плавлением активной зоны реактора и взаимодействием кориума (жидкая смесь ядерного топлива (оксидов урана) и материалов конструкции реактора (сталь, окись циркония и т.п.)) с охладителем - холодной водой; в металлургии, при варке целлюлозы; при операциях с сжиженными газами.

Следует отметить, что если первые работы, применительно к проблемам атомной энергетики и металлургии, были направлены на экспериментальное воспроизведение отдельных стадий парового взрыва в лабораторных условиях, то затем основное внимание исследователей было перенесено на создание расчётных кодов. Эти коды описывают процесс парового взрыва в целом и опираются, в основном, на результаты исследований, выполненных на крупномасштабных установках. Сложные вопросы, связанные с пониманием физики инициирования парового взрыва оказались «законсервированными», а их решение оставлено до лучших времен. Лишь в относительно недавнее время стало ясно, что без глубоких знаний механизмов протекающих процессов нельзя построить достоверные численные коды, что привело к возобновлению интереса к первоначальной постановке вопроса. Цели и задачи исследования.

1. Разработать методики проведения опытов (включая создание программных продуктов для измерения и обработки данных) с целью изучить процессы, связанные с кризисом пленочного кипения недогретой жидкости, исчезновением паровой плёнки и прямым контактом холодной жидкости с сильно перегретой поверхностью. Решить ряд метрологических вопросов, связанных с измерением площади и времени контакта охладителя с горячим телом, а так же особенностями применения датчиков различных физических величин в сложных условиях проводимых экспериментов.

2. Разработать и создать экспериментальные установки, позволяющие в лабораторных условиях на простых моделях с жидкой и твердой нагретой поверхностями реализовать эти методики.

3. На жидкометаллических и твердотельных моделях изучить особенности поведения плёнки пара и получить экспериментальные данные по вскипанию охладителя применительно к задаче определения механизмов фрагментации жидкометаллических капель.

Научная новизна настоящей работы заключается в том, что получен оригинальный опытный материал, позволяющий прояснить механизмы ряда эффектов, важных для понимания протекания процесса фрагментации жидкометаллических капель. В частности, результаты исследований поведения паровой пленки около нагретой поверхности позволили выдвинуть и подтвердить на основе балансных полуэмпирических соотношений предположение, что отсутствие взрывной фрагментации падающих жидкометаллических капель при недогревах охладителя(воды) ДТ„~20 "С может быть вызвано интенсивным испарением охлаждающей жидкости и резким увеличением толщины парового слоя. Разработанные методики позволили провести оригинальные измерения характеристик процесса динамического соприкосновения охладителя с горячим телом и дали возможность определить основополагающие для механизма фрагментации значения величин площади и времени начального контакта. Детальное изучение параметров пульсаций давления в среде охладителя и в паровой пленке позволило выявить ряд важных закономерностей, связанных с зависимостью амплитуды и формы пакетов импульсов давления, генерируемых при взрывном разрушении паровой пленки, от температуры и свойств нагретой поверхности.

Практическая ценность результатов работы обусловлена необходимостью решения важной для атомной энергетики, металлургии и химической промышленности задачи - определение условий возникновения и методов противодействия спонтанному паровому взрыву.

Полученные результаты способствуют более глубокому пониманию исследуемых явлений и создают основу для разработки экспериментально обоснованной теории фрагментации жидкометаллического теплоносителя, позволяющей, помимо прочего, оптимизировать параметры различных технологических процессов, включая разработку получения аморфных металлов.

Достоверность полученных результатов достигается с помощью применения в опытах прецизионных датчиков и современной вторичной измерительной аппаратуры. Надежность опытных данных подтверждается тщательным анализом погрешностей и детальной проработкой методических вопросов, связанных с корректным применением измерительных преобразователей в условиях проводимых экспериментов. Основные положения работы, выносимые на защиту: 1. Результаты методических разработок:

• оценки воздействия импульсов температуры на показания пьезоэлектрических преобразователей давления;

• исследования параметров соприкосновения охладитель - нагретое тело с помощью метода, основанного на совместном использовании датчиков давления и электрического контакта.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния температур охладителя и нагретого тела на характеристики паровой плёнки в режиме пленочного кипения недогретой воды и при его кризисе. Интерпретацию появления низкочастотных колебаний паровой полости как индикатора возникновения особого режима плёночного кипения недогретой воды, характеризующегося интенсивным испарением жидкости в плёнку пара.

3. Результаты экспериментальных исследований процесса контакта холодного теплоносителя с горячей стенкой.

Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, в том числе в двух статьях в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК. Апробация работы.

Вопросы, изложенные в диссертации, были доложены на трёх крупных международных конференциях по тепломассобмену (5th European Thermal-Sciences Conference, 2008, Eindhoven, 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2009, Krakow, 14th International Heat Transfer Conference, Washington, 2010), а также обсуждены на IV Российском совещании «Метастабильные состояния и флуктуационные явления» (Екатеринбург, Институт теплофизики УрАН, 2007) и 5ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену (Москва, МЭИ(ТУ), 2010). Результаты проведенной работы были также представлены на четырех молодежных конференциях (школа-семинар акад. А.И. Леонтьевым, г. Жуковский 2009; Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск, 2007 и 2008 гг; Институт атомной энергии им. акад. И.В. Курчатова, Москва, 2009).

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №08-08-00792). Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, и списка цитируемой литературы. Текст иллюстрируют 86 рисунков и три таблицы, список использованной библиографии составляет 135 пункта. Общий объём диссертации составляет 163 машинописных страниц.

Содержание работы.

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели работы, описана её структура, изложены положения, которые выносятся на защиту, а также апробация работы.

В Главе 1 диссертации приведён критический обзор литературы, касающейся вопросов взрывного взаимодействия расплав - охладитель. Показана определяющая роль кипения на стадиях предварительного перемешивания и инициирования взрыва, вызванного дроблением капель расплава. Подчеркивается, что этап тонкой фрагментации жидкометаллической капли, связанный с разрушением окружающей ее паровой оболочки и прямым контактом

холодной жидкости с горячей каплей - ключевой в понимании механизма развития спонтанного парового взрыва.

В обзоре перечислены основные модели фрагментации жидкометалли-ческой капли и отмечается, что в настоящее время не существует единого универсального механизма, объясняющего все экспериментально наблюдаемые явления, связанные с этим процессом. Наиболее разработанные гипотезы основаны на предположениях, что диспергирование капли происходит либо посредством проникновения в нее струй охладителя (теория проникающих струй), либо в результате резкого охлаждения и растрескивания поверхностного слоя (термомеханическая модель разрушения), либо в результате возникновения в капле многократно отражающихся волн разрежения, вызванных пузырьковым кипением на ее поверхности. Основываясь на этих моделях можно лишь частично объяснить влияние внешнего давления, температур горячего тела и охладителя на процесс инициирования парового взрыва посредством фрагментации отдельной капли.

Проведена классификация экспериментальных установок и описаны их конструкции. Показано, что физическое моделирование процесса инициирования парового взрыва проводилось как на жидкометаллических, так и твердых поверхностях, причем горячие и холодные теплоносители могли либо перемещаться друг относительно друга, либо опыта были выполнены на неподвижной капле (в условиях свободной конвекции). Наиболее близки к реалиям парового взрыва опыты с падающей в охладитель каплей, фрагменти-рующей в процессе падения. Однако этой методике присущ ряд принципиальных недостатков, связанных с существенными затруднениями при измерениях физических параметров капли (температура, состояние поверхности) в момент непосредственно предшествующий фрагментации. Поэтому для детального синхронного изучения процесса дробления с помощью видеокамер и различных датчиков приходится использовать внешний импульс давления, который может существенным образом исказить естественное протекание процесса фрагментации. В связи с этим обстоятельством наиболее информативными и перспективными для исследований представляются опыты, в которых фрагментирующий теплоноситель или горячее тело неподвижны относительно исследователя.

В этой же главе представлены основные экспериментальные результаты работ отечественных и зарубежных авторов по фрагментации одиночных капель расплава и тесно связанных с этим вопросом исследований по режиму пленочного кипения недогретых жидкостей. Описаны материалы по визуальным наблюдениям схода паровой плёнки, размерам и формам осколков, образующихся в результате дробления капли, влиянию температур горячего и холодного теплоносителей на характер вскипания охладителя, импульсам давления и параметрам паровой пленки.

Было отмечено, что экспериментальные данные по характеристикам явлений, сопровождающих взрывное взаимодействие капли горячего расплава с охладителем, во многом неполны и в определённой степени противоречивы. Имеющиеся данные по импульсам давления в охладителе получены с

помощью пьезоэлектрических преобразователей, на показания которых могут оказать существенное влияние температурные импульсы, вызванные воздействием парожидкостных струй.

Большой интерес для понимания фрагментации капли, окружённой паровой оболочкой, представляют процессы, непосредственно предшествующие этому явлению, а именно, характеристики первичного контакта горячего тела и охладителя. Анализ литературы свидетельствует о довольно ограниченном объеме опытных данных в этой области. В частности, в литературе отсутствует надежная информация по характеристикам паровой пленки и параметрам «пятна» соприкосновения (площадь, характерный размер и время соприкосновения) горячих и холодных теплоносителей.

В заключительной части обзорной главы на основе проведенного анализа литературы сформулированы задачи, методы и подходы исследования. Основное внимание в диссертации уделяется: изучению причин отсутствия фрагментации при относительно высоких значениях температуры охладителя (малых недогревах охладителя до температуры насыщения); изучению параметров соприкосновения горячего и холодного теплоносителей и характеристик пятна контакта; изучению параметров импульсов давления при взрывном вскипании жидкости. Опыты предполагается провести на установках с неподвижными (относительно наблюдателя) рабочими участками, поскольку именно в этих условиях поставленные задачи решаются наиболее просто, а воспроизводимость результатов является достаточно высокой.

В Главе 2 приведено описание экспериментальных установок и методик проводимых измерений. Установки были двух типов. На рис. 1 показана установка с жидкометаллической оловянной каплей, подвешенной в объёме охладителя. При проведении опытов олово, засыпанное внутрь нержавеющей трубки с намотанным электрическим нагревателем, расплавлялось и немного выдавливалось из отверстия до образования полусферического объема. В целях удержания расплава в подвешенном состоянии и регулирования его формы использовалось устройство, состоящее из сильфона и регулировочного винта, позволяющего создавать разряжение в полости над жидкометаллической поверхностью и тем самым компенсировать действие силы тяжести. Затем подвешенная на капилляре жидкометаллическая полусфера опускалась в охладитель, при этом на ее поверхности происходило формирование режима устойчивого плёночного кипения. Проведенные эксперименты подтвердили возможность фрагментации жидкометаллического теплоносителя в устройствах подобного типа, однако сильная окисляемость поверхности жидкого олова (процесс, который трудно поддается контролю) во время проведения опытов обусловила слабую воспроизводимость получаемых результатов.

Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования поведения паровой плёнки на жидкометаллической поверхности. /корпус рабочего участка, 2- регулировочный вентиль сильфона, 3- сильфон, 4- подача аргона, 5- баллон с аргоном, 6- термопара, 7-скоростная камера, 8- сосуд с водой, 9-нагреватель

Рис. 2. Общая схема экспериментальной установки и измерений. 1- осциллограф N1 РХ1 5122, 2- АЦП N1 РХ1-6070Е, 3- компьютер для записи видеосъёмки, 4- крейт РХ1, 5 - модуль датчика давления,6 - термопарный усилитель, 7- датчик давления Клз1:1ег, 8 - рабочий участок с нагревателем, 9- резистор (24,3 кОм), 10-батарея типа Крона 9 В, 11- видеокамера, 12- штатив, 13- сосуд с водой; 14- электрод в воде, 15- термопары.

Поэтому жидкая полусфера была заменена нагретой твердой поверхностью. Схема этой установки приведена на рис. 2. Рабочий образец имел форму цилиндра с полусферическим или плоским торцевым окончаниями. Характерный размер греющей поверхности, контактирующей с водой (диаметр сферы или круга), мог варьироваться от 5 мм до 20 мм. Хромель- алюме-левые термопары были расположены в телах образца и рабочего участка, а также в охлаждающей жидкости. Координаты термопар были известны, что позволяло оценить температурные поля и тепловые потоки внутри образца и на его рабочей поверхности.

Эксперименты осуществлялись следующим образом. В исходном (поднятом) положении наконечник

сначала в течение нескольких десятков секунд нагревался с помощью пропа-

новой горелки. Это приводило к образованию на поверхности наконечника окисной пленки и отложений. Затем образец остывал и вновь нагревался уже с помощью электрического нагревателя в атмосфере аргона. После этого электрический нагреватель отключался, а горячий рабочий участок с помощью специального координатного устройства со скоростью несколько миллиметров в секунду погружался в заполненную дистиллированной водой ванну на глубину радиуса полусферы. Начальное значение температуры полусферы, близкое к -500 сС, выбиралось из соображений получения режима устойчивого пленочного кипения, а применяемая методика нагрева позволила простым способом реализовать в опытах взрывной сход паровой пленки с нагретой поверхности. В опытах использовалась дистиллированная вода, с различной степенью недогрева, дегазированная посредством двухчасового кипячения.

Для проведения многофункциональных исследований был создан на базе аппаратуры фирмы National Instruments измерительный комплекс, позволяющий с частотой оцифровки до 106 изм./с проводить синхронные измерения сигналов с нескольких преобразователей, включая датчики температуры и давления. В качестве последних использовались прецизионные пьезоэлектрические датчики Kistler (Швейцария) и РСВ (США), а также оригинальные волоконно-оптические преобразователи, разработанные в ОИВТ РАН. Волоконная оптика использовалась также для изучения характеристик паровой пленки. Помимо зондовых измерений в опытах проводились визуальные наблюдения с применением скоростных (Redlike MotionScope 1000) и обычных (Cannon MV500i) цифровых видеокамер.

В диссертации был исследован ряд методических вопросов. С целью оценки времени и площади соприкосновения охладителя с нагревательной поверхностью был разработан и экспериментально обоснован электроконтактный метод их определения. Исследовано возможное влияние паразитного электрического тока, возникающего при резком изменении толщины паровой пленки, на результаты измерений площади контакта. Показано, что паразитный сигнал не превышает 1% от его полезного значения.

С помощью специально проведенных опытов экспериментально исследовано влияние импульсного воздействия температуры на показания пьезоэлектрических мембранных датчиков давления. Показано, что это воздействие приводит к генерации «паразитного» знакопеременного сигнала, который можно ошибочно трактовать как низкочастотные знакопеременные пульсации давления. Поэтому необходимо к получаемым с помощью таких датчиков результатам относиться с некоторой осторожностью.

Проведена оценка приборных погрешностей измерений давления и теплового потока, которые, как показали полученные результаты, не превышают 4 и 30 %, соответственно.

В Главе 3 представлены результаты проведенных экспериментальных исследований. Опыты по изучению фрагментации подвешенных оловянных капель подтвердили возможность дробления перегретого жидкометалличе-ского теплоносителя при контакте с холодной водой в этих условиях (см. рис.

3). Установлено, что для нагретых на воздухе (в течение нескольких секунд и более) оловянных капель сход паровой пленки носит спокойный характер, не приводящий к дроблению расплава. Фрагментация при нагреве оловянной капли в воздушной среде наблюдается только в случае соприкосновения охладителя со «свежей» поверхностью расплава, выдавленного из капилляра. Результаты опытов с жидкометаллическими каплями характеризуются плохой воспроизводимостью, что вызвано воздействием ряда неконтролируемых факторов, главным из которых является окисление нагретой поверхности.

Рис. 3. Фотография «тонкой» фрагментации оловянной капли после схода

паровой пленки.

Воспроизводимый взрывной сход паровой пленки был осуществлен на перегретых полусферических образцах, изготовленных из нержавеющей стали. Проведенные исследования позволили установить особенности развития и разрушения паровой пленки при атмосферном давлении и диапазонах изменения температур нагревателя и охлаждающей воды 150 - 700 °С и 15-95 °С, соответственно. Выявлено существенное различие сходов пленки при больших (< 80°С) и малых значениях температуры охлаждающей воды (20 -80 °С). Показано, что остывание полусферы при взрывном вскипании жидкости сходно с процессом остывания слабоокисленной оловянной капли, а темп её охлаждения (-300 °С/с) существенно (~3 раза) выше, чем при спокойном разрушении парового слоя.

С помощью визуальных наблюдений обнаружен и описан режим со стабильными колебаниями парового слоя. Показано, что эти колебания, имеющие характерную частоту несколько десятков Гц и амплитуду ~ 200 мкм, могут возникать только при определённых соотношениях температур нагретой поверхности и охладителя, и не ведут к взрывному сходу паровой плёнки. Посредством экспериментов, выполненных с использованием нагревателей, имеющих плоскую поверхность нагрева, подтверждено предполо-

жение, что причина возникновения этих колебаний имеет тепловую, а не гидродинамическую природу.

С помощью фотосъемки под микроскопом (увеличение х500) исследовано состояние поверхностей нагрева до и после разрушения парового слоя и предположено, что возникновение взрывного режима обусловлено образованием на поверхности оксидных покрытий, обладающих специфическими (по сравнению с чистыми металлами) физическими свойствами, а именно, малой теплопроводностью и повышенной смачиваемостью.

В проведённых опытах было замечено, что растворенные в воде газы и находящиеся в ее объеме частицы окалины уменьшают устойчивость парового слоя и приводят к преждевременному разрушению (сходу) паровой пленки при более высоких значениях температуры нагретой поверхности. Специально поставленные эксперименты по измерению давления внутри паровой полости выявили характерные низкочастотные пульсации этой величины, связанные, 1Ш-виДимиму, С ВОрОСОМ В парОВуЮ ПОЛОСТЬ ГаЗОЗ, раСТБОрСККЫХ Б охладителе.

ГО С 2

. 6

о.

<и

5 X

Ф £

«О

СЕ

0,8: 0,0

Давление Р-10, МПа

время, С : •

0,8970 0,8980 0,8990

0.2

0,0

полусфера

\ 5мм вода щ -П датчик (к

Давление Р-10, МПа

' Ч ипвма 1

время, с

0,614 0,618 0,622

• *м • к •

200

280

360

440

Температура полусферы, °С

Рис. 4. Зависимость максимального значения импульсов давления от температуры нагретой полусферы. Эксперименты выполнены на образцах из нержавеющей стали. Температура воды - 20°С В экспериментах было установлено, что процессу взрывного разрушения паровой оболочки около горячего тела (полусферы) сопутствуют пульсации знакопеременного давления, имеющие, в зависимости от температуры нагретой поверхности, форму одиночных пиков или пакетов импульсов. Зна-

чения максимальных импульсов в пакете пульсаций давления при смене режимов кипения, в зависимости от температуры нагретой поверхности и температуре охлаждающей воды 20 °С показаны на рис. 4. Кроме того, в представленной работе отмечено, что вне зависимости от температуры воды, импульсы давления достигают максимальных значений при температуре полусферы близкой к температуре предельного перегрева охладителя Тпп. Так же как в опытах с охлаждающей водой, имеющей температуру 20 °С, при других (более высоких) ее значениях наблюдается эффект определяющего влияния температуры нагретой поверхности на характер и вид осциллограмм давления. При температурах поверхности вблизи и ниже Тщ, пульсации давления представляют собой отдельные положительные пики давления, разделённые относительно продолжительными (~ 1мс) временными интервалами. При температурах поверхности больших, чем Т„„ датчик фиксирует пакеты знакопеременных импульсов давления, частота которых увеличивается с ростом температуры нагретой поверхности.

Помимо мониторинга температуры охладителя и нагретого тела, в опытах одновременно проводились синхронные (точность синхронизации 1мкс) измерения площади смоченной поверхности и давления в момент схода (разрушения) паровой пленки. Подобные измерения позволяют получить

дополнительную количественную информацию о механизмах соприкосновения охладителя с горячей стенкой, касающуюся, в частности, времени прогрева холодной жидкости перед ее вскипанием и процесса образования пузырей пара. Полученные данные представлены на рис. 5.

В опытах по измерению давления отмечено также, что с увеличением температуры охладителя уменьшается значение максимальной амплитуды в пакете

Время I, мс

Рис. 5. Совместные осциллограммы давления и эквивалентного диаметра пятна контакта. Образец полусферы из нержавеющей стали. Температура полусферы при взрывном сходе (разрушении) паровой пленки приблизительно 270°С, температура воды 60°С.

max

МПа

ЯП 1ПП

Рис. 6. Зависимость максимального импульса давления от температуры воды. Эксперименты выполнены на образцах из нержавеющей стали: 1 - полусфера, 2 -датчик давления, 3 - вода, 4 - паровая прослойка.

импульсов давления, которое при температуре воды 90°С не превышало 104 Па. Данные представлены на рис. 6. Как видно имеет место существенный

разброс опытных значений (при одинаковой температуре охладителя эксперименты повторялись 10 - 15 раз), что связано со случайным характером

процесса соприкосновения охладителя с нагретой поверхностью в широком (190 -350°С) диапазоне изменения ее температуры. В опытах установлено, что взрывное вскипание недогретой жидкости предваряется прямым контактом жидкости с перегретой поверхностью. Время задержки вскипания составляет несколько десятков микросе-

Рис. 8. Сравнение расчетных и экспериментальных КУНД- Контакт значений тепловой мощности при пленочном кипении наолюдается в шина горячей полусфере, необходимых для возникнове- Роком диапазоне ния колебаний паровой оболочки. температур горя-

чей поверхности, в

том числе превышающих так называемую температуру предельного перегрева. Скорость распространения фронта смачивания достигает 70 м/с.

ь 16-ш

колебания

О х

о S

•расчет

Еэксп ери мент

20 40 60 80 Температура воды, °С

100

Nu = 0,5(Gr • Pr)°

, где Nu=aD/X - число Нуссельта; Gr, Pr, Prc - соот-

Полученный и описанный в этой главе экспериментальный материал позволяет по-новому взглянуть на некоторые особенности протекания режимов кипения применительно к вопросу о взрывном взаимодействии расплав -охладитель.

В Главе 4 проведён анализ полученных экспериментальных результатов. Численные оценки, выполненные на основе известного критериального соотношения для теплоотдачи при свободной конвекции типа

/ ч

ветственно, числа Грасгофа и Прандтля (при температуре холодной воды и 100°С); Б

- диаметр полусферы; X - коэффициент теплопроводности воды, подтвердили предположение, что колебательный режим существования паровой пленки возникает в условиях, когда невозможно все тепло, поступающее от нагревателя к поверхности раздела фаз пар -жидкость отвести в охладитель посредством механизмов конвективного теплообмена (см. рис.8). Сходство в температурных условиях возникновения колебаний паровых полостей около нагретых поверхностей и фрагментации горячих жидкоме-

1.20

I " 10

в • \ • —■ - 1

—в - 2

—• - 3

" V Xs \ ■ \ \

\ • \ Я \ Xs Ч \ в \ \ \ * \ ■ \ •

■ ^ ■ .....? I '—Г '

180

220

260 300 340

Температура полусферы, "С

Рис. 7. Зависимость времени прогрева холодной воды (температура воды 1-20, 2-60, 3-80 °С) перед ее вскипанием при соприкосновении с горячей поверхностью от температуры полусферы.

таллических капель, падающих в воду, позволяет предположить, что отсутствие дробления капель при малых недогревах теплоносителя может быть обусловлено увеличением толщины парового слоя и, тем самым, затруднением возможности прямого контакта холодной жидкости и горячей поверхности. Проведены численные расчёты нестационарных температурных полей нагретого образца в режимах пленочного и переходного кипения. Установлено (см. рис. 9), что совпадение экспериментальных и расчетных данных имеет место при значениях а = 270 Вт/м2К и а = 10бВт/м2К в условиях спокойной пленки и при ее взрывном разрушении. Последний результат предполагает,

что в режиме переходного кипения плотность теплового потока, отводимого от нагретой поверхности достигает ~108Вт/м2. Измеряемые в опытах пульсации давления связаны с изменением по времени т объема паровой полости V соотношением типа:

РЛт) - Р = —--5- где (Рг - Рх) = р(т) - измеряемое датчиком избыточное дав-

4лг 8т

ление, Рг и Рт -давления в жидкости на расстоянии г и атмосферное давление, р -плотность воды, г - расстояние между паровым пузырем и датчиком. Следовательно, с точностью до линейного члена объем паровой полости повторяет во времени поведение величины двойного интеграла от пульсаций избыточного давления

(совмещенные характерные графики временных осциллограмм давления и двойного интеграла этих пульсаций показаны на рис. 10), что позволяет с известной осторожностью воссоздать схему соприкосновения воды с перегретой поверхностью (рис.11). При опускании горячего образца в холодную жидкость, вокруг полусферы образуется паровая пленка, причем, как показали результаты специально проведенных экспериментов, при относительно медленной (~0.2 мм/с) скорости погружения не наблюдается непосредственного касания горячего тела и холодной жидкости и поток пара со свободной поверхности жидкости образует паровую прослойку между телом и жидкостью. Толщина паровой прослойки достигает максимального значения, а затем, в процессе остывания полусферы (стадия 1 на рис.11), начинает утончаться. Время остывания может доходить до нескольких десятков минут. На поверхности раздела пар-жидкость развиваются волны (преобладают капиллярные волны). В какой-то момент времени (стадия 2) по случайным причинам возникает контакт этой поверхности раздела жидкость - пар с нагретой стенкой. В нашем случае наиболее вероятным местом этого соприкосновения

100

Время опыта, с

Рис. 9. Расчетные и измеренные в опытах осциллограммы температур в центре полусферы при плёночном и переходном режиме кипения воды, недогретой до температуры кипения. Температура воды 20 °С

400

представляется нижняя часть полусферы, поскольку именно там толщина паровой пленки минимальна и составляет согласно измерениям -20 мкм. Далее (стадия 3) контактирующая жидкость прогревается (в течение нескольких десятков микросекунд) и вскипает в нижней части полусферы (образуется одиночный пузырь). Это приводит к инициированию импульсов давления и одновременному увеличению скорости и площади смачивания охладителем

нагретой поверх-ности.Далее, по мере снижения давления в жидкости, наблюдается кратковременный (несколько десятков микросекунд) процесс оттеснения воды от горячей поверхности (стадия 4). Затем снова наблюдается рост площади смачиваемой поверхности, одновременно с которым происходит нагрев контактирующей жидкости (стадия 5).

725

725,5 726 726,5 Время, мс

727

Рис. 10. Совместные осциллограммы давления р(х) -1 и значения

4 яг Р

зец полусферы из нержавеющей стали.

величины (пропорциональной объёму) —Цр(т)дт -2. Обра-

десятки минхчп 1 2

десятки десятки Оесятк,

мс мс минут

5 3 6 -') 7 й 8

Рис.11. Возможная схема протекания процесса соприкосновения охладителя с перегретой поверхностью

Дальнейший характер процесса, а именно, образование одного или нескольких пузырей, т.е. единичных всплесков или пакета импульсов давления,

определяется соотношением скорости смачивания и плотности теплового потока, подводимого к жидкости (стадия б). Затем жидкость, контактирующая по всей поверхности полусферы, вскипает (стадия 7), что приводит к образованию общего парового объёма. Длительность перехода от стадии 7 к режиму развитого пузырькового кипения (стадия 8) с последующим развитием режима свободной конвекции может составить несколько секунд.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В процессе подготовки диссертации выполнен был ряд инженерно-конструкторских и научно-исследовательских работ, позволивших получить следующие основные научные результаты.

1. Проведен анализ литературных данных по влиянию режимов кипения на процесс фрагментации капель горячего теплоносителя в жидкости, существенно недогретой до температуры насыщения. Проанализированы существующие гипотезы диспергирования крупных (порядка сантиметра) перегретых капель при разрушении окружающих их паровых пленок. Результаты проведённого анализа свидетельствуют о том, что в настоящее время отсутствуют достаточно обоснованные теории, объясняющие процесс спонтанной тонкой фрагментации капель горячей жидкости в холодном теплоносителе. Для углубленного понимания этого процесса необходимы дополнительные опытные данные по характеристикам явлений, предшествующих и сопутствующих разрушению паровой пленки.

2. Применительно к задаче изучения начальной стадии парового взрыва разработаны методики и созданы экспериментальные установки для исследования локальных тепловых и гидродинамических процессов, протекающих при смене режимов кипения на горячих твердых и жидкометалличе-ских поверхностях.

3. На базе современной измерительной и вычислительной аппаратуры создана система синхронизированного мониторинга процесса разрушения парового слоя, включающая в себя, помимо набора обычных и скоростных видеокамер, прецизионные высокочастотные пьезоэлектрические датчики давления, высокочувствительные микрофоны, малоинерционные термопары, а также оригинальные волоконно-оптические преобразователи давления и толщины пленки собственной разработки и изготовления. Предложен и реализован на практике электрический метод контроля наличия и оценки площади и времени соприкосновения холодной воды с горячей поверхностью, позволяющий определять динамические параметры контакта при характерных временах процесса несколько микросекунд.

4. Решен ряд методических вопросов, связанных с использованием пьезоэлектрических датчиков давления в условиях переменного температурного воздействия на поверхность чувствительного элемента, а также влиянием изменения емкостных параметров среды на точность электроконтактных измерений.

5. Установлено, что характер разрушения паровой пленки (спокойный или взрывной) определяется наличием и толщиной слоя окислов на

нагретой поверхности. Для неокисленных поверхностей или поверхностей с толстым малотеплопроводным покрытием типичен спокойный переход от пленочного кипения к пузырьковому, а для окисленных (или поверхностей с тонким малотеплопроводным покрытием) - взрывной с выбросом струй и импульсами давления.

6. Экспериментально показано, что для малых (менее ~20°С) недо-гревов воды до температуры насыщения характерно возникновение колебаний поверхности раздела «паровая пленка - жидкость» значительной амплитуды. Эти колебания связаны с интенсификацией испарения с поверхности раздела вследствие исчерпания возможности отвода тепла от поверхности раздела вглубь воды. Тем не менее, эти колебания не приводят к контакту жидкости с греющей поверхностью, поскольку одновременно существенно возрастает толщина пленки. Выдвинуто предположение, что отсутствие фрагментации капель при малых недогревах в реальных условиях связано с этим увеличением толщины парового слоя, исключающим контакт холодной жидкости с каплей.

7. Показано, что взрывному сходу паровой пленки предшествует прямой контакт жидкости с греющей поверхностью, после которого с выдержкой в несколько десятков микросекунд возникает импульс (пакет импульсов) давления. В течение этой временной задержки происходит прогрев тонкого пристенного слоя жидкости до температуры предельного перегрева (кинетический переход в метастабильное состояние) и его взрывное вскипание. Прямой контакт жидкости с горячей поверхностью наблюдался при температуре поверхности до 460°С.

8. Максимальное значение амплитуды импульсов давления (~ 1МПа) наблюдается в диапазоне температур горячего тела, близких к «стационарной» температуре предельного перегрева охладителя. Согласно имеющимся данным этого импульса давления достаточно для инициирования (триггеринга) тонкой фрагментации группы соседних капель горячей жидкости. Определены зависимости амплитуды и формы пакетов импульсов давления от температуры и свойств нагретой поверхности. Получены зависимости для скорости растекания жидкости по поверхности полусферы после возникновения контакта между ними.

9. Описана наиболее вероятная схема протекания начального этапа соприкосновения воды с перегретой поверхностью.

СПИСОК ПЕЧАТНЫХ РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Жилин В.Г., Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Оксман А.А., Белов К.И. Экспериментальное исследование характеристик взрывного вскипания недогретой воды на горячей поверхности при смене режимов кипения // Теплофизика высоких температур. 2009. Т.47, №6, С.891 - 898.

2. Белов К.И., Ивочкин Ю.П., Лузина Ю.Ю. «Исследование процесса соприкосновения охладителя с горячей поверхностью при вскипа-

нии недогретой жидкости» // Вестник МЭИ, 2010, №3, С. 44-50.

3. Zeigarnik Yu. A., Ivochkin Yu. P., Kiyukov A. P., Puzina Yu. Yu., Belov K. I. Pressure pulsations during the growth and collapse of vapor cavities in a subcooled liquid // Proceedings of 5th European Thermal-Sciences Conference, Eindhoven, The Netherlands, 2008. CD - room, Paper № TPF_16, 8 pages.

Зейгарник Ю.А. , Ивочкин Ю.П., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю., Белов К.И. Импульсы давления во время роста и схлопывания паровой каверны в недогретой жидкости // Труды 5-ой Европейской конференции по теплотехнике. Эйндховен, Нидерланды. 2008. Публикация на компакт диске, доклад № TPF_16, 8 с.

4. Zeigarnik Yu. A., Ivochkin Yu. P., Kryukov A. P., Puzina Yu. Yu., Belov К. I. Pressure pulsations during the growth and collapse of vapor cavities in a subcooled liquid // Books of Abstracts. 5th European Thermal-Sciences Conference, Eindhoven, The Netherlands, 2008, P. 148.

Зейгарник Ю.А. , Ивочкин Ю.П., Крюков А.П., Пузина Ю.Ю., Белов К.И. Импульсы давления во время роста и схлопывания паровой каверны в недогретой жидкости»// Сборник тезисов 5-ой Европейской конференции по теплотехнике. Эйндховен, Нидерланды. 2008, С. 148.

5. Zeigarnik Yu., Ivochkin Yu., Oksman A., Belov K., Kryukov A., Puzina Yu. Study of characteristics of explosion boiling-up of subcooled liquid on a hot surface. // Proceedings of 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. Krakow, Poland. 2009,

P.849-856.

Зейгарник Ю., Ивочкин Ю., Оксман А. Белов К., Крюков А., Пузина Ю. Изучение характеристик взрывного вскипания недогретой жидкости на горячих поверхностях. // Труды 7-ой Всемирной конференции по экспериментальному теплообмену, гидродинамике и термодинамике. Краков, Польша. 2009. С.849-856.

6. Zeigarnik Yu., Ivochkin Yu., Oksman A., Belov K., Kryukov A., Puzina Yu. Study of characteristics of explosion boiling-up of subcooled liquid on a hot surface. // Book of Abstracts of 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2009, Krakow, Poland. 2009. P.67.

Зейгарник Ю., Ивочкин Ю., Оксман А. Белов К., Крюков А., Пузина Ю. Изучение характеристик взрывного вскипания недогретой жидкости на горячих поверхностях // Сборник тезисов 7- ой Всемирной конференци по экспериментальному теплообмену, гидродинамике и термодинамике, Краков, Польша. 2009. С.67.

7. Белов К.И., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г. Исследование особенностей плёночного и переходного кипения недогретой жидкости применительно к проблеме инициирования парового взрыва // Сборник тезисов докладов Всероссийской школы-семинара молодых учёных «Физика неравновесных процессов в энергетике и наноиндустрии» 2007, Новосибирск, СО РАН ИТФ им. С.С. Кутателадзе. С.23-24.

8. Григорьев B.C., Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г., Белов КМ. Исследование теплогидравлических процессов, сопровождающих взрывной переход от плёночного режима кипения к пузырьковому // В Сб. Метастабильные состояния и фазовые переходы, г. Екатеринбург. Вып.9.2008. ИТФ УрАН. С.75 - 84.

9. Григорьев B.C., Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г., Белов К.И. Исследование теплогидравлических процессов, сопровождающих взрывной переход от плёночного режима кипения к пузырьковому // Сборник тезисов докладов IV Российского совещания «Метастабильные состояния и флуктуационные явления» ИТФ УрО РАН, 2007г, с. 21.

10. Белов К.И., Вавилов С.Н., Жатухин A.B., Кубриков К.Г. «Экспериментальное исследование механизма смены плёночного режима кипения недогретой жидкости» !! Труды всероссийской школы-конференции молодых учёных «Актульные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики» Новосибирск, 2008, СО РАН ИТФ им. С.С. Кутате-ладзе. С.44-45

11. Белов К.И., Вавилов С.Н., Жатухин A.B., Оксман A.A. «Экспериментальное исследование особенностей плёночного и переходного режимов кипения недогретой жидкости» // Труды семнадцатой школы - семинара молодых учёных и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева «Проблемы газодинамики и тепломассообмена в аэрокосмических технологиях» г. Жуковский, 2009, ЦАГИ. С. 150

12. Белов К.И., Вавилов С.Н., Жатухин A.B. «Исследование (применительно к проблеме парового взрыва) характеристик процессов, сопровождающих взрывную смену режимов кипения» // Сборник тезисов докладов. «7-ая Курчатовская молодежная научная школа» РНЦ «Курчатовский интситут» Москва, Россия, 2009г. С. 19.

13. Belov K.I., Ivochkin Yu.P., Kubrikov K.G., Oksman A.A., Vavilov S.N., Zeigarnik Yu.A., Zhilin V.G. Experimental study of the vapor film behavior on a highly heated surface immersed into subcooled water.// Proceedings of the 14th International Heat Transfer Conference. Washington, USA, 2010. CD - room. Paper № 22202. (7 pages).

Белов К.И., Ивочкин Ю.П., Кубриков К.Г., Оксман A.A., Вавилов С.Н. Зейгарник Ю.А., Жилин В.Г. Экспериментальное исследование поведения паровой плёнки на сильноперегретых поверхностях погружены в недогретую воду. // Труды 14ой международной конференции по теплообмену, Вашингтон, США. 2010. Публикация на компакт диске. Доклад № 22202. 7 с.

14. Белов К.И., Жилин В.Г., Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П. О температурной области устойчивого существования паровой плёнки при кипении недогретой жидкости» // Труды 5-ой Российской национальной конференции по теплообмену. Т.4.- М.: Издательский дом МЭИ, 2010. С.53 - 56.

Подписано в печать Jl/f>!0Г. Зак. АН Тир. JOO П.л.

Полиграфический центр МЭИ(ТУ) а л

Красноказарменная ул.,д.13 ИХ/

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Белов, Кирилл Иванович

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Физические модели фрагментации капли при кризисе плёночного кипения.

1.2. Обзор экспериментальных исследований

1.2.1. Экспериментальные установки.

1.2.2. Описание результатов экспериментальных исследований.

Результаты визуальных наблюдений.

Исследование размеров и формы осколков при фрагментации капель.

Результаты исследований температурных характеристик.

Влияние состояния поверхности нагрева и физических свойств охладителя.

Результаты исследования импульсов давления и размеров паровой полости.

1.3. Выводы и постановка задачи исследований.

Глава 2. Экспериментальные установки и методика измерений.

2.1. Описание экспериментальных установок.

2.2. Методика исследований и измерительная аппаратура.

2.3. Методические и инструментальные особенности при измерении параметров исследуемого процесса

2.3.1. Методические особенности при измерении давления.

2.3.2. Методические погрешности при измерении температуры.

2.3.3. Методические погрешности при измерении параметров контакта.

2.3.4. Инструментальная (приборная) погрешность измерений.

2.4. Выводы.

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований

3.1. Введение.

3.2 Результаты экспериментов с жидким оловом.

3.3. Результаты экспериментов с твёрдыми металлическими образцами полусферической формы.

3.3.1. Визуальные наблюдения и видеосъемка. Общая картина процесса.

3.3.2. Температурные исследования.

3.3.3. Оценка параметров колебаний паровой пленки.

3.3.4. Влияние растворенных газов и посторонних включений в охладителе.

3.3.5. Характеристики импульсов давления.

3.3.6. Характеристики контакта охладителя с нагретой поверхностью.

3.4. Выводы.

Глава 4. Анализ и интерпретация полученных результатов.

4.1. Анализ результатов температурных измерений.

4.1.1.Температурная область устойчивого существования паровой пленки при кипении недогретой жидкости.

4.1.2. Численные оценки некоторых тепловых параметров.

4.2. Связь между пульсациями давления и изменением объема паровой полости.

4.3. Качественная схема протекания процесса соприкосновения охладителя с горячей поверхностью при спонтанном сходе паровой пленки.

4.4. Выводы.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Экспериментальное исследование вскипания недогретой воды на перегретых поверхностях"

Параметры и условия разрушения парового слоя играют определяющую роль во многих технологических процессах и явлениях, например при закалке металлов и их аморфизации и ряде других. Одним из наиболее сложных процессов для описания и управления является паровой взрыв (ПВ) — явление, сопровождающее прямой контакт горячей жидкости с охладителем, и характеризующееся образованием высокоинтенсивных импульсов давления (амплитудой до нескольких десятков атмосфер), вызванных резким ростом интенсивности парообразования в условиях быстропротекающей фрагментации горячего теплоносителя. Подобные явления могут, в частности, иметь место при тяжелых авариях на атомных электростанциях, сопровождающихся плавлением активной зоны реактора и взаимодействием кориума (жидкая смесь ядерного топлива (оксидов урана) и материалов конструкции реактора (сталь, окись циркония и т.п.)) с охладителем - холодной водой; в металлургии, при варке целлюлозы; при операциях с сжиженным газом.

В научном плане проблема парового взрыва изучается с середины 50-х годов прошлого столетия в связи с аварией на металлургическом заводе по производству алюминия [2]. Дополнительным толчком, стимулировавшим изучение этого вопроса, послужила трагедия при проведении испытаний реактора БРЕЯТ- 1 в 1962 года в США [129].

Одно из использований парового взрыва имеет место в сельскохозяйственной промышленности. В данной отрасли эффект взрывного вскипания используется при производстве кормов и получении целлюлозы. В то же время метод получения целлюлозы взрывным способом слабо развит в мире по технико-экономическим причинам. Необходимо упомянуть, что существует гипотеза о развитии Земли, основывающаяся на явлении парового взрыва. Это так называемая литосферно - океаническая теория. Паровой взрыв может происходить также в результате аварий при транспортировке сжиженных газов.

Следует отметить, что если первые работы были направлены на экспериментальное воспроизведение отдельных стадий парового взрыва в лабораторных условиях и опытное изучение физики явления, то затем акцент исследований сместился в область теоретических описаний процесса при ограниченности фактического материала. Основное внимание исследователей было перенесено на создание расчётных кодов, описывающих процесс парового взрыва в целом и опирающихся, в основном, на результаты исследований, выполненных на крупномасштабных установках. Сложные вопросы, связанные с пониманием физики инициирования парового взрыва оказались «законсервированными», а их решение оставлено до лучших времен. Лишь в относительно недавнее время, стало ясно, что без глубоких знаний механизмов протекающих процессов нельзя построить достоверные численные коды и возобновился интерес к первоначальной постановке вопроса.

Применительно к проблемам безопасности АЭС и металлургии процесс парового взрыва принято разделять на следующие четыре стадии [1]:

1. начальное грубое перемешивание (премиксинг) — гидродинамическое дробление на капли струи расплава, падающего в охлаждающую жидкость, на крупные капли с характерным размером — см. (рис. 1а) ;

2. инициирование (триггеринг) парового взрыва (рис. 16) — совокупность процессов, приводящих к взрывной фрагментации одной или нескольких капель расплава с образованием слабой ударной волны (амплитуда ~ 1 МПа);

3. тонкая фрагментация расплава, сопровождающаяся резким увеличением поверхности капель и инициированная переходом к пузырьковому кипению, быстрой генерацией большой массы пара и зачастую приводящая к распространению мощной ударной волны (рисЛв, г);

4. расширение продуктов взрыва в окружающее пространство (рис.1 в, г). жидкометаллическая капля

-••у • • • паровая оболочка фрагменты жидкометаллической капли жиакочетагчинеские капли, окруженные паровой оболочкой фрагменты жидкометагчических капечъ •!<? \ „ " 1 фТ?

•> д

В) а) б) г)

Рис. 1. Возможный сценарий протекания парового взрыва, а) - начальное грубое перемешивание (премиксинг); б) - запуск (триггеринг, инициирование) парового взрыва; в), г) - тонкая фрагментация компонентов смеси расплава и собственно паровой взрыв(быстрый рост давления образовавшегося пара).

Поведение паровой плёнки играет определяющую роль в механизмах развития ПВ на его первом и втором этапах. Третий этап развития характеризуется вовлечением в процесс соседних капель расплава и началом коллективных эффектов.

Главной целью диссертационной работы являлось получение новой экспериментальной информации по ряду неясных и неоднозначно трактуемых в литературе вопросов, связанных с особенностями протекания пленочного кипения недогретой жидкости и его кризиса на стадии дробления одиночной капли. Основное внимание в диссертации уделено экспериментальному изучению влияния температур охладителя и нагретой поверхности на протекание пленочного кипения и его кризиса, а также исследованию эффектов, связанных с соприкосновением охладителя с горячим телом. Для достижения поставленных целей необходимо:

1. Разработать методики проведения опытов, включая создание программных продуктов, измерения и обработки с целью изучить процессы, связанные с кризисом пленочного кипения недогретой жидкости, исчезновением паровой плёнки и прямым контактом холодной жидкости с сильно перегретой поверхностью, инициирующие фрагментацию жидкометаллических капель. Решить ряд метрологических вопросов, связанных с измерением контакта охладителя с горячим телом и особенностями применения датчиков различных физических величин в сложных условиях проводимых экспериментов.

3. На жидкометаллических и твердотельных моделях изучить особенности поведения плёнки пара, и получить экспериментальные данные применительно к исследованию механизмов фрагментации жидкометаллических капель.

Работа состоит из введения, четырех глав основного текста и заключения. В первой обзорной главе- проанализировано современное состояние вопроса о механизмах фрагментации жидкометаллических капель и роли пленочного режима кипения, характеристик поведения плёнки и кризиса плёночного кипения в этом процессе. Там же описаны различные типы экспериментальных установок и результаты проведенных ранее экспериментальных исследований. На основании проведенного анализа обоснованы задачи исследования, связанные с детальным изучением температурных диапазонов взрывного разрушения парового слоя и процесса контакта, предшествующего коллапсу паровой оболочки. Вторая глава посвящена описанию разработанных экспериментальных установок с твердыми и жидкометаллическими поверхностями нагрева. В ней также изложена методика проведения опытов и представлены оценки возможных погрешностей экспериментов. В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований, выполненных с использование жидкого олова и твердых металлических нагретых поверхностях полусферической формы. В опытах, помимо визуальных наблюдений с использованием микроскопов и видеокамер различных типов, измерялись давление температура, параметры паровой пленки и контакта (площадь, время соприкосновения, скорость смачивания; само понятие «параметров контакта» будет полнее раскрыто ниже, в главе 2) соприкасающихся сред, а также акустические эффекты. Четвертая глава посвящена анализу и интерпретации полученных опытных данных, связанных с колебательным режимом существования паровой пленки и процессом соприкосновения теплоносителей, сопровождающегося взрывным вскипанием охладителя. В заключении приведены, выводы по проведенной работе и представлены рекомендации по ее дальнейшему развитию.

Научная новизна работы< заключается в том, что получен оригинальный опытный материал, позволяющий прояснить механизмы ряда эффектов, важных для понимания протекания процесса фрагментации жидкометаллических капель. В частности, результаты исследований поведения, паровой пленки около нагретой поверхности позволили выдвинуть и подтвердить на основе балансных полуэмпирических соотношений предположение, что отсутствие взрывной фрагментации падающих жидкометаллических капель при малых недогревах охладителя (для воды -20 °С) может быть вызвано резким увеличением толщины парового слоя. Разработанные методики позволили провести прецизионные измерения характеристик процесса динамического соприкосновения охладителя с горячим телом и дали возможность определить основополагающие для механизма фрагментации значения величин площади и времени начального контакта. Детальное изучение параметров пульсаций давления в среде охладителя и в паровой пленке выявило ряд важных закономерностей, связанных с зависимостью амплитуды и формы пакетов импульсов давления, генерируемых при взрывном разрушении паровой пленки, от температуры и свойств нагретой поверхности.

Практическая ценность работы обусловлена необходимостью решения важной для атомной энергетики, металлургии и химической промышленности задачи — определение условий возникновения и методов противодействия спонтанному паровому взрыву.

Полученные результаты способствуют более глубокому пониманию исследуемых явлений и создают основу для разработки экспериментально обоснованной теории фрагментации на стадии инициирования парового взрыва и позволяют оптимизировать параметры различных технологических процессов, например, при производстве аморфных металлов.

Достоверность полученных результатов достигается с помощью применения в опытах прецизионных датчиков и современной вторичной измерительной аппаратуры. Их надежность подтверждается тщательным анализом погрешностей и детальной проработкой методических вопросов, связанных с корректным применением измерительных преобразователей в условиях проводимых экспериментов.

Личное участие автора в получении научных результатов. Автором диссертации создана экспериментальная установка и выполнены экспериментальные исследования теплообмена при плёночном и переходном режимах кипения на перегретых поверхностях. Проведён анализ и обработка полученных экспериментальных данных.

Автор выносит на защиту: 1. Результаты методических разработок:

• оценки воздействия импульсов температуры на показания пьезоэлектрических преобразователей давления;

• исследования параметров соприкосновения охладитель — нагретое тело с помощью метода, основанного на совместном использовании датчиков давления и электрического контакта.

3. Результаты экспериментальных исследований процесса контакта холодного теплоносителя с горячей стенкой.

Основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах, в том числе две статьи в рецензируемых журналах, включенных в список ВАК.

Апробация работы.

Вопросы, изложенные в диссертации, были доложены на трёх крупных международных конференциях по тепломассобмену (5th European Thermal-Sciences Conference, 2008, Eindhoven, 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2009, Krakow, 14th International Heat Transfer Conference, Washington, 2010), а также обсуждены на IV Российском совещании «Метастабильные состояния и флуктуационные явления» (Екатеринбург, Институт теплофизики УрАН, 2007) и 5ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену (Москва, МЭИ(ТУ), 2010). Результаты проведенной работы были также представлены на четырех молодежных конференциях (школа-семинар акад. А.И. Леонтьевым, г. Жуковский 2009; институт теплофизики СО РАН, Новосибирск, 2007 и 2008 гг; Институт атомной энергии им. акад. И.В. Курчатова, Москва, 2009).

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект №08-08-00792).

Заключение диссертации по теме "Теплофизика и теоретическая теплотехника"

выводы

Процессы, предшествующие и сопутствующие кризису пленочного кипения важны для понимания механизмов возникновения и развития парового взрыва. Представленная работа направлена на изучение методом физического моделирования особенностей протекания режимов пленочного и переходного кипения недогретой жидкости, связанных с процессом спонтанной фрагментации горячего жидкометаллического теплоносителя. В процессе подготовки диссертации выполнен ряд инженерно-конструкторских и научно-исследовательских работ, на основе которых получен экспериментальный материал, позволяющий предложить новые оригинальные трактовки механизмов протекания отдельных этапов изучаемого явления. В частности:

3. На базе современной измерительной и вычислительной аппаратуры создана система синхронизированного мониторинга процесса разрушения парового слоя, включающая в себя, помимо набора обычных и скоростных видеокамер, прецизионные высокочастотные датчики давления Kistler и PCB, высокочувствительные микрофоны, малоинерционные термопары, а также оригинальные волоконно-оптические преобразователи давления и толщины пленки собственной разработки и изготовления. Предложен и реализован на практике электрический метод контроля наличия и оценки площади и времени соприкосновения холодной воды с горячей поверхностью, позволяющий определять динамические параметры контакта при характерных временах процесса несколько микросекунд.

5. Установлено, что характер разрушения паровой пленки (спокойный или взрывной) определяется наличием и толщиной слоя окислов на нагретой поверхности. Для неокисленных поверхностей или поверхностей с толстым малотеплопроводным покрытием типичен спокойный переход от пленочного кипения к пузырьковому, а для окисленных (или поверхностей с тонким малотеплопроводным покрытием) — взрывной с выбросом струй и импульсами давления.

6. Экспериментально показано, что для малых (менее ~20°С) недогревов воды до температуры насыщения характерно возникновение колебаний поверхности раздела «паровая пленка — жидкость» значительной, амплитуды. Эти колебания связаны с интенсификацией испарения с поверхности раздела вследствие исчерпания возможности отвода тепла от поверхности раздела вглубь воды. Тем не менее, эти колебания не приводят к контакту жидкости с греющей поверхностью, поскольку одновременно существенно возрастает толщина пленки. Выдвинуто предположение, что отсутствие фрагментации капель при малых недогревах в реальных условиях связано с этим увеличением толщины парового слоя, исключающим контакт холодной жидкости с каплей.

Показано, что взрывному сходу паровой пленки предшествует прямой контакт жидкости с греющей поверхностью, после которого с выдержкой в несколько десятков микросекунд возникает импульс (пакет импульсов) давления. В течение этой временной задержки происходит прогрев тонкого пристенного слоя жидкости до температуры предельного перегрева* (кинетический переход в метастабильное состояние) и его взрывное вскипание. Прямой контакт жидкости с горячей поверхностью наблюдался при температуре поверхности до 460°С.

Максимальное значение амплитуды импульсов давления (~ 1 МПа) наблюдается в диапазоне температур горячего тела, близких к «стационарной» температуре предельного перегрева охладителя. Согласно имеющимся данным этого импульса давления достаточно для инициирования (триггеринга) тонкой фрагментации группы соседних капель горячей жидкости. Определены зависимости амплитуды и формы пакетов импульсов давления от температуры и свойств нагретой поверхности. Получены зависимости для скорости растекания жидкости по поверхности полусферы после возникновения контакта между ними.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Белов, Кирилл Иванович, Москва

1. Степанов Е.В. Физические аспекты явления парового взрыва // Препринт ИАЭ. № 54503/3. М. 1991. 95 с.

2. Long G. Explosion of molten aluminium in water // Metal. Prog. 1957. N.71. P. 107-112.

3. Блох А. Законы Мэрфи. Минск, ООО Попурри, 2004, 255с.

4. W. Zyszkowski. Experimental investigation of fuel-coolant interaction // Nuclear Technology. V. 33. April 1977. P. 40 59.

5. M.S. El-Genk, R.B. Matthwest, S.G. Bankoff. Molten fuel-coolant interaction phenomena with application to fuel safety. //Progress in Nuclear Energy, vol.1, pp.151 -198. 1987.

6. A.W. Cronenberg, R. Benz. Vapor explosion phenomena with respect to nuclear reactor safety assessment. // Advances in Nuclear Science and Technology, vol.12, pp.247-334, 1980.

7. R.C. Reid. Rapid phase transitions from liquid to water.//Advances in Chemical Engineering, vol.12, pp.105 208. 1983.

8. D.F. Fletcher. Steam explosion triggering: a review of theoretical and experimental investigations. //Nuclear Engineering and Design, vol.155, pp.27 -36. 1995.

9. G. Berthoud. Vapor Explosions.// Annual Review of Fluid Mechanics, vol.32, pp.573-611.2000.

10. L.C. Witte, J.E. Cox, J.E. Bouvier. The vapor explosions. // Journal of metals, vol.39, pp.35 38. February 1970.

11. Ефанов Ф.Д., Загорулько Ю.Н., Ремизов O.B., Козлов Ф.А., Сорокин А.П., Богатырев И.Л. Паровые взрывы: результаты экспериментальных исследований.// Теплоэнергетика, №8, 1997 С. 17 24.

12. В.И. Мелихов, О.И. Мелихов. Распространение волны термической детонации в системе вода—кориум// Изв. РАН. МЖГ'

13. В.И. Мелихов, О.И: Мелихов, А.В. Соколин. Взрывное взаимодействие расплава с водой. Моделирование кодом VAPEX — D //Теплофизика высоких температур, 2002, том 40, с.1 — 9.

14. D.J. Buchanan. A model for fuel-coolant interactions. Journal of Physics D: Applied Physics, v.7, pp. 1441-1457, 1075.

15. D.J. Buchanan. Penetration of a solid layer by a liquid jet. Journal of Physics D: Applied Physics, v.6, pp. 1762-1771, 1973.

16. Т.Е. Dullforce, D.J. Buchanan and R.S. Perckover. Self-triggering of small-scale fiiel-coolant interactions: I. Experiments. Journal of Physics D: Applied Physics, v.9, pp. 1295 1303, 974.

17. Михеев M.A., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М. «Энергия», 1973, 320 с.

18. Кутателадзе С.С., Основы теории теплообмена. Новосибирск, Наука (СО), 1970,660.

19. Исаченко В.П., Осипова В.А., Су коме л А. С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд.З перераб. и доп. М.: «Энергия», 1975, 488 с.

20. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 1986, 472 с.

21. В.Е. Накоряков, А.В. Горин Тепломассоперенос в двухфазных системах /. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 1994.431 с.

22. С.С. Кутателадзе, В.Е. Накоряков. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. — Наука, Новосибирск, 1984.

23. Р.И. Нигматуллин. Динамика многофазных сред. Т.1, 2. М.:, Наука, 1987.1 1

24. C.C. Кутателадзе, M.A. Стырикович. Гидродинамика газожидкостных систем. -М.:, Энергия, 1976.

25. Г.М. Тензи, П. Стицельбергер-Якоб. Влияние повторного смачивания на процессы закалки.// Промышленная теплоэнергетика. Т.П. №4. 1989. С.57 — 66.

26. W. Zyszkowski. Thermal interaction of molten copper with water // International Journal Heat and Mass Transfer. V.18. № 2. 1974. P.271 287.

27. W. Zyszkowski. Study of the thermal explosion phenomenon in molten copper water system // International Journal Heat and Mass Transfer. V.19. 1976. P.849 -868.

28. L.S. Nelson, K.P. Guay. Suppression of steam explosions in tin and Fe—A1203 melts by increasing the viscosity of the coolant.//High Temperatures — High Pressures, 1986, vol. 18, pp. 107 111.

29. Аметистов E.B., Клименко B.B., Павлов Ю.М. Кипение криогенных жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1995. 399 с.

30. Zuber N. On stability of boiling heat transfer // Transaction of ASME. 1958. V.80. P. 711 -720.

31. Zuber N. Hydrodynamic aspects of boiling heat transfer // USAEC Rept. AECV-4439. 1959. Univ. of California. Los Angeles, June.

32. В.Б. Хабенский, B.C. Грановский, A.A. Малахов Минимальный перегрев стенки при пленочном кипении с недогревом. // Инженерно-физический журнал. 1982. Т.42. №3. С.383 -386.

33. Грановский B.C., Хабенский В.Б. Пленочное кипение на вертикальной поверхности в большом объеме недогретой жидкости. // Теплофизика высоких температур. 1987. Т.25. №5. С.950 953.

34. Домбровский JI.A., Зайчик Л.И. Динамика парового пузыря при тепловом взаимодействии горячей сферической частицы с окружающей водой. // Теплофизика высоких температур. 2000. Т.38, № 6, с.975 984.I

35. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, 1972. 240 с.

36. Теплофизические свойства жидкостей в метастабильном состоянии. /В.П. Скрипов, Е.Н. Синицын, П.А. Павлов и др. Справочник. — М.: Атомиздат, 1980. 208 с.

37. Байдаков В. Г. Перегрев криогенных жидкостей. Екатеринбург: УрО РАН. 1995. 264с.

38. Lee H.S., Metre Н. Jr. The origin of dynamic growth of vapor bubbles associated with vapor explosions. HTD-Vol.332, Proceeding of the ASME Heat Transfer Division Volume 1 ASME 1996. P. 3 14.

39. Shepherd J.E., Sturtevant B. Rapid evaporation at the superheated limit. Journaf Fluid Mechanics, v.121, pp.379 -402, 1982.

40. Лабунцов Д.А., Ягов B.B. Механика двухфазных систем. М.: Издательство МЭИ, 2000. 374с.

41. Yu. A. Zeigarnik, Yu. P. Ivochkin, A. P. Kryukov, et al., Pressure Pulsations during the Growth and Collapse of Vapor Cavities in a Subcooled Liquid, Proc. of 5th European Thermal Science Conf., 18-22 May, Eindhoven, The Netherlands, paper TPF-16.

42. Лаврентьев M.A., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, 1973. 416 с.

43. Bang К.Н and Corradini M.L. "Vapor explosions in a stratified geometry" Nuclear Science and Engeneering, 1991 vol.108pp.88-108

44. D.J. Buchanan. A model for fuel-coolant interactions. Journal of Physics D: Applied Physics, v.7, pp. 1441-1457, 1075.49: D.J. Buchanan. Penetration of a solid layer by a liquid jet. // Journal of Physics D: Applied Physics, v.6, pp. 1762-1771, 1973.

45. Т.Е. Dullforce, D J. Buchanan and R.S. Perckover. Self-triggering of small-scale fuel-coolant interactions: I. Experiments. // Journal of Physics D: Applied Physics, v.9, pp. 1295 1303, 1974.i

46. D. Langford. The freezing of spheres. // International Journal of Heat and Mass Transfer. Vol.9, 1966, pp. 827-828.

47. H. Schins, L. Lamain. Break up time of fragmentating solidifying UO2 spheres when quenched in sodium. // Nuclear Engineering and Design. Vol. 80. 1984, pp. 19-25.

48. A.W. Cronenberg, T.C. Chawla, H.K. Fauske. A thermal stress mechanism for the fragmentation on molten UCb upon contact with sodium coolant. // Nuclear Engineering and Design. Vol. 30. 1974, pp. 433-434.

49. M. Corradini, N.E. Todreas. Prediction of minimum UO2 particle size based on thermal stress initiated fracture model. // Nuclear Engineering and Design. Vol. 53. 1979, pp. 105-116.

50. A.W. Cronenberg. // Solidification phenomena for U02, UC and UN relative to quenching in sodium coolant. Nuclear Engineering and Design. Vol. 36. 1976, pp. 261-272.

51. Сяо (K.Y. Hsiao), Кокс (J.E. Сох) Чеджкокс (P.G. Hedgcoxe), Витте (L.C. Witte) Давление в затвердевающей сфере. // Прикладная механика. №1, 1972. С.71-77.

52. Epstein М. Thermal fragmentation a release phenomena. // Nuclear Science and Engineering. 1974. Vol.55. P.462.

53. Buxton L., Nelson L.S. Impulse-initiated gas release — a possible trigger for vapor explosion. // Transactions of the American Nuclear Society. 1977. Vol.26. P.398.

54. F.S. Gunnerson, A.W. Cronenberg. A correlation for the Leidenfrost temperature for spherical particles and its application to FCI analysis . // Transactions of American Nuclear Society, V.77, pp.381 383, 1977.

55. Kazimi M.S., Autraffe M.I. On the mechanism for hydrodinamic fragmentation. // Transactions of the American Nuclear Society. 1978. Vol. 21. P.321-322.

56. Corradini M.L. Analysis and modeling of large-scale steam explosions experiments. //Nuclear Science and Engineering, 1984, V.84. P. 429'.

57. Corradini M.L. Molten fuel/coolant interactions: recent analysis of experiments //Nuclear Science and Engineering, 1984, V.86. P. 372.

58. В.И. Мелихов, О.И. Мелихов, С.JI. Соловьев. Теплогидравлический код нового поколения. Современные тенденции развития. // Теплофизика высоких температур. Т.40. №5. 2002. с.826 842.

59. D. Nelson I.S., Duda P.M. Steam explosions experiments with single drops of iron oxide melted with C02 laser // High Temperature — High Pressure. V.14. 1982. P.259.

60. Hansson R.C. Experimental Study on the Dynamics of Melt-Water MicroInteractions in a Vapor Explosion. Licentiate Thesis. School of Engineering Sciences Department of Physics Div. Nuclear Power Safety Stockholm, 2007, 98 P.

61. H.S. Pak, R.C. Hanson, D.R. Sehgal. Fine fragmentation of molten droplet in subcooled water due to vapor explosion observed by X-ray radiography. // Experimental Thermal and Fluid Science. V.29, 2005, pp.351 363.

62. Т.Е. Dullforce, D.J. Buchanan and R.S. Perckover. Self-triggering of small-scale fuel-coolant interactions: I. Experiments. Journal of Physics D: Applied Physics, v.9, pp. 1295 1303, 1974.

63. K. Matsumura, H. Nariai, Y. Egashira, M. Ochimizi. Experimental Study on Base-triggered Explosions in Molten tin /Water Systems. // Journal of Nuclear Science and Technology, Vol.36, No.9, p.767-774 (September 1999).

64. K. Miyazaki, K. Morimoto, O. Yamamoto, Y. Harade, N. Yamaoka. Thermal interaction of water droplet with molten tin. // Journal of Nuclear Science and Technology. V.21, pp. 907 918, 1984.

65. Shepherd, J. E. Dynamics of Vapor Explosions : Rapid Evaporation and Instability of Butane Droplets Exploding at the Superheat Limit. Ph. D. Diss. Calif. Inst. Tech. 1981.

66. Лесин С., Барон А., Брановер Г., Мерчук И. Экспериментальное исследование кипения при прямом контакте сред в случае предельного перегрева // Теплофизика высоких температур, 1993. Т.ЗЗ. №6. С.941.

67. D. Frost, В. Sturtevant. Effects of ambient on the instability of a liquid boiling explosively at the superheat limits. Transactions of ASME, series C, Journal of Heat Transfer, 196, №2 (Рус.: Теплопередача, 1986, №2, с. 158-166).

68. Naylor P., Patrick M.A., Film boiling destabilization // Proc. 8-th Int. Heat Transt. Conf. 1986. V.4. P.2037.

69. Fodemski T.R. Experimental investigation of steady destabilized forced convection — film boiling using the electrical capacity method //Proc. 8-th Int. Heat Transt. Conf. 1986. V.5. P.2143.

70. W. Zyszkowski. Experimental investigation of fuel-coolant interaction // Nuclear Technology. V. 33. April 1977. P. 40 59.

71. W. Zyszkowski. On the transplosion phenomenon and the Leidenfrost temperature for the molten copper water thermal interaction // International Journal Heat and Mass Transfer. V.19. 1976. P.625 - 633.

72. Судзуки К, Фудзимори X., Хасимото К. Аморфные металлы М.: Металлургия, 1987.If 78. М. Furuya. Method and apparatus for producing amorphous metal. Patent USA

73. No 7,008,463 B2 Mar. 7, 2006.

74. M. Furuya. Development of novel rapid cooling and atomization processtbmaking the best use of vapor explosion phenomenon. // Proceedings 12 International Heat Transfer Conference, 2002, pp. 705-709.

75. Генри (R.E. Henry), Фауске (H.K. Fauske). Возникновение и рост паровых пузырей при крупномасштабном взрывном парообразовании. Теплопередача, 1979, Т. 10, №2, С.107

76. R.E. Henry, H.K. Fauske. Energetic of vapor explosions. // ASME Paper 75-HT-66, 1975.

77. H.K. Fauske. The Role of nucleation in vapor explosions. // Transactions of American Nuclear Society. V.15, p.813, 1972.

78. H.K. Fauske. On the mechanism of uranium dioxide-sodium explosive interactions. //Nuclear Science and Engineering. V.51, pp.95-100, 1973.

79. Лыков A.B. Теория теплопроводности. M.: Высшая школа, 1967. 600 с.

80. Ганнерсон (F.S. Gunnerson), Кроненберг (A.W. Cronenberg). Расчет минимальных значений температурного напора и плотности теплового потока при пленочном кипении жидкости на сферическом нагревателе. // Теплопередача, 1980. Т. 102. №2. С. 175 184.

81. Лабунцов Д.А. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообену, гидродинамике, термодинамике. — М.: Издательство МЭИ. 2000. -388с.

82. V.K. Dhir, G.P. Purohit. Subcooled film boiling heat transfer from spheres. // Nuclear Engineering and Design. V.47, pp. 49-66. 1978.

83. C. Han S.H., Bankoff S.G. Thermal interaction of molten tin drops with water triggered by low-pressure shock// International Journal of Heat Mass Transfer. 1987, V.30; P.569.

84. Arai Т., Abe Y. Thermal Hydraulic Criteria for Base-Triggered Vapor Explosion. // Journal of Thermal Science and Technology. Vol.2, No2, 2007. P. 134 -145.

85. Matsumura K., Nariari H. Self-Triggering Mechanism of Vapor Explosions for Molten Tin in Water. // Journal of Nuclear Science and Technology. Vol.33, No4. 1996. P.298 -306.

86. Matsumura K., Nariari H. Self-Tryggering Mechanism of Vapor Explosions for Large-Scale Experiments Involving Fuel Simulant Melt. Journal of Nuclear Science and Technology. Vol.34, No3. 1997. P.248 255.

87. Furuya M., Matsumura К., Kimoshita. I. A linear Stability Analysis of a Vapori

88. Film in Terms of the Triggering of Vapor Explosions. // Journal of Nuclear Science and Technology. Vol.39, No 10. 2002. P. 1025 1032.

89. M. Furuya, T. Arai. Effect of surface property of molten metal pool on triggring of vapor explosions in water droplet impingement. // International Journal Heat and Mass Transfer, vol. 51, 2008, pp. 4439 4446.

90. Конструкционные материалы: Справочник/ Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. -М.: Машиностроение, 1990. 688с.

91. Ягов В.В., Комов А.Т., Варавва А.Н., Дедов А.В. «О термодинамическом пределе критической тепловой нагрузки при кипении в> закрученном потоке недогретой воды» // Труды РНКТ-3 М., 2002г., Т.4, с.207-210

92. L.S. Nelson, К.Р. Guay. Suppression of steam explosion in tin and Fe АЬОз melts by increasing the viscosity of the coolant. // High temperature — high pressure. 1986. Vol.18, pp. 107-111.

93. A. Giri, H.S. Park, B.R. Sehgal Analysis of bubble dynamics in explosive boiling of droplet with fine fragmentation // Experimental Thermal and Fluid Science. Vol.29., 2005, 295 303.

94. Дорофеев Б.М., Волкова В.И. Акустика кипения. Ставрополь: Изд — во СГУ ,2005.-300 с.

95. Буевич Ю.А., Манкевич В.Н. К теории явления Лейденфроста. //Теплофизика высоких температур. Т.20, №6, 1982. С. 1136 — 1144.

96. Стырикович М.А., Ламден Д.И., Костановская М.Е. Тепломассообмен при кратковременном контакте жидкой капли с сильно перегретой поверхностью. // Теплофизика высоких температур. Т.22, 1984. №6, с. 11581165.

97. A. Segiev, S.G. Bankoff. The role of absorption in determining the minimum film boiling temperature. International Journal Heat and Mass Transfer. Vol.23, 1980, pp.637 -642.

98. Яо (S.-C. Yao), Генри (R.E. Henry). Исследование минимальной температуры пленочного кипения на горизонтальных поверхностях. // Теплопередача. Т.100, №2, 1973. €.18 26.

99. J.W. Stevens, L.C. Witte. Destabilization of vapor film boiling around spheres. // International Journal Heat and Mass Transfer. Vol.16, 1973, pp. 669 — 678.

100. Бомэйстер (K.J. Baumeister), Симон (F.F. Simon). Температура Лейденфроста ее корреляциям для- жидких металлов, криогенных смесей, углеводородов и воды. // Теплопередача. Т. 100, №2, 1978. С.99 — 109.

101. Nashio S., Ohtare Н. Vapor — film unit and-heat transfer correlation, for natural convection film boiling with wave motion under subcooled conditions // International Journal Heat and Mass Transfer. Vol.36, 1993, № 10, pp. 2541 -2552.

102. B.A. Красильников, В .В1. Крылов Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984.- С.400:

103. Белов К.И., Ивочкин Ю.П., Лузина Ю.Ю. «Исследование процесса соприкосновения охладителя с горячей поверхностью при вскипании недогретой жидкости» // Вестник МЭИ, 2010, №3, С. 44-50.

104. Экспериментальное исследование взаимодействия расплавов термитных смесей и свинца с водой. Загорулько Ю.И., Ремизов О.В., Мелешко Ю.П. и др. // Теплоэнергетика, №3, 1998, с.20 26.

105. A.E. Bergles, W.G. Thompson, JR. The relationship of quench data to steady-state pool boiling data//International Journal Heat Mass Transfer. 1970. V.13, pp.55-68.

106. Жилин В.Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. М.: Энергоатомиздат, 1987. 113 с.

107. Жилин В.Г., Ивочкин Ю.П., Оксман А.А. и др. Волоконно-оптические преобразователи давления // Теплофизика высоких температур. Т.34. №5. 1996. С. 819-823

108. Нигматулин Б.И., Кузма-Кичта Ю.А., Булкина Н.А., Устинов А.К. и др. Исследование колебаний границы раздела фаз и механизма переноса тепла при плёночном кипении. // Теплофизика высоких температур. Т.32. №2. 1994. С. 255-260.

109. Электрические измерения неэлектрических величин. Под. Ред. П.В. Новицкого. М.: Энергия, 1975. 576 с.

110. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. М.: Мир, 1973. 240 с.

111. Nishikawa К., Ito Т. Two phase boundary layer treatment of convection film boiling. //International Journal of Heat and Mass Transfer, 1966, Vol.9, p. 103

112. В.Б. Хабенский, B.C. Грановский; С.Ж. Черепанов. Пленочное кипение на горизонтальном цилиндре в условиях' недогрева. // В сб. Теплообмен, температурный режим и гидродинамика при генерации пара. JT.: Наука, 1981, с.28-42.

113. V. Zvirin, G.F. Hewitt, D.B.R. Kenning. Boiling on free-falling spheres: drag and heat transfer coefficients. Experimental Heat Transfer. 1990 )y/l. V.3, pp.185214.

114. A. Bolukbasi, D. Ciloglu. Investigation1 of heat transfer by means of pool film boiling on vertical cylinders in gravity. Heat Mass Trasfer. 2007. V.44, pp. 141148.

115. Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Король Е.З. Термомеханический механизм тонкой фрагментации жидких капель при паровом взрыве // Теплофизика высоких температур. Т.43, №3, 2004, С.491 492.

116. О. A. Sinkevich. Waves on the surface of a vapor film under conditions of intensive heat fluxes. // Phys. Rev. E 78, 036318 (2008) 9 pages.

117. Woodruff W. L., "The PARET Code and the Analysis of the SPERT I Transients" ANL/RERTR/TM-4 1982

118. Dombrovsky L.A. «An estimate of stability of large solidifying droplets in fuel-coolant interaction»International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 50, Issues 19-20, September 2007, Pages 3832-3836

119. Dombrovsky L.A. «Approximate model for break-up of solidifying melt particles due to thermal stresses in surface crust layer»International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 52, Issues 3-4, 31 January 2009, Pages 582-587

120. Dombrovsky L.A. «А model for solid bubbles formation in melt-coolant interaction» International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 52, Issues 56, February 2009, Pages 1085-1093

121. Лексин M.A., Ягов В.В. «Экспериментальное исследование теплоотдачи в условиях интенсивного охлаждения металлического шара.» // Вестник МЭИ, 2009, №2, с. 28 34

122. R. Taleyarkhan. Vapor explosion studies for nuclear and non-nuclear industries //Nuclear Engineering and Design. V.235. 2005, pp. 1061 1077.

123. Зейгарник Ю.А., Ивочкин Ю.П., Медвецкая H.B. Физические основы спонтанного триггеринга парового взрыва. // Труды 4-ой Российской национальной конференции по теплообмену. 23 27 октября, Москва, 2006 г. Т.4. С.127—132 . Изд -во МЭИ, 2006.