Гидродинамика и теплообмен в капиллярных течениях с естественной циркуляцией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

Чиннов Евгений Анатольевич

ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН

В КАПИЛЛЯРНЫХ ТЕЧЕНИЯХ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Новосибирск - 2004

Работа выполнена в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук

Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук

профессор Козлов В. В.

Доктор физико-математических наук Стебновский С. В.

Доктор физико-математических наук Павленко А. Н.

Ведущая организация: Московский государственный

университет имени М. В. Ломоносова

Защита состоится 20 октября 2004 года в 930 часов на заседании диссертационного совета Д 003.053.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте теплофизики СО РАН (630090, г. Новосибирск, проспект Акад. Лаврентьева, 1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО РАН.

Автореферат разослан "_""_" 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор физико-математических наук

В.В. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Основаниями данной работы являются как чисто фундаментальные проблемы (динамика движения одиночных газовых образований, капиллярные эффекты при взаимодействии пузырей со стенками каналов, термокапиллярные эффекты при локальном нагреве пленки, неустойчивость течения пленки жидкости и формирование струй на ее поверхности), так и научно-технические проблемы (интенсификация теплообмена, охлаждение электронного оборудования и термостабилизация).

В работе рассматриваются газожидкостные течения с характерным -масштабом, занимающим промежуточное значение между широко используемыми в энергетике и промышленности течениями по внутренней и внешней сторонам протяженных труб, как правило, длиной несколько метров и диаметром 40/200 мм, и течениями в микроканалах с характерным поперечным размером менее 0.2 мм, применяемыми в микроэлектронике, медицине, криогенной и холодильной технике. Соизмеримость геометрических масштабов в направлении поперечном основному течению с внутренними масштабами газожидкостных систем (Кутателадзе, 1982) приводит к рассмотрению газожидкостных потоков с выделенными и локализованными фазами (пузыри, пленки, струи). В этих условиях наиболее сложно и многообразно проявляется влияние капиллярных эффектов.

Исследовались течения в непротяженных каналах и на поверхностях длиной, как правило, менее 0.5 метра, что в некоторых случаях приводило к необходимости учета начального гидродинамического участка. Использование нагревательных элементов относительно малого размера было вызвано, как необходимостью моделировать отвод тепла от элементов микроэлектроники, так и стремлением создать максимальные температурные градиенты, недостижимые на протяженных нагревателях. При этом становилось существенным влияние начального теплового участка.

Рассматривались течения с естественной циркуляцией, вызванные действием гравитации. Особенностью исследований было изучение процессов при малых числах Рейнольдса в области ламинарного течения.

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью охлаждения микроэлектронного оборудования, интенсификации теплообмена на сложных структурированных поверхностях, совершенствования компактных теплообменников и испарителей.

Среди большого класса систем охлаждения микроэлектронного оборудования выделяются два типа систем охлаждения: погружные и пленочные. В отличие от многих других систем, например, с разветвленной схемой

3 РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

ОЭ МО М1

вынужденного движения жидкости, которые были нацелены на охлаждение Супер-ЭВМ, эти два типа в большей степени сохранили свою актуальность и могут быть использованы также для охлаждения отдельных наиболее энергонапряженных электронных блоков и модулей. В последнее время в связи с ростом быстродействия персональных ЭВМ становится важным использование жидкостных систем для охлаждения процессоров.

В погружных системах охлаждения отвод теплоты от локального источника происходит в заполненных жидкостью камерах за счет естественной конвекции. На наиболее теплонапряженных участках возможно кипение жидкости и кризис теплоотдачи. Интенсивность теплообмена лимитируется кризисом теплоотдачи. В конвективной области и в начальной стадии кипения может значительно возрастать перегрев поверхности нагрева. Поэтому важным является изучение кипения и кризиса теплоотдачи на нагревателях малого размера, гидродинамики движения газовых пузырей в погруженных каналах и влияния газовых пузырей на интенсификацию теплообмена.

Охлаждение больших интегральных схем с помощью стекающих пленок жидкости, также является актуальным, так как имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием естественной и вынужденной конвекции в однофазной жидкости, кипения и натекающих струй. Передача теплоты возможна как при испарении или кипении, так и при конвективном теплообмене в недогретой до температуры насыщения пленке жидкости. Толщина стекающей пленки составляет 0.1-1.5 мм, что позволяет использовать в системе охлаждения малое количество диэлектрической жидкости. Конвективно-испарительный теплообмен в тонкой пленке обеспечивает достаточно высокий коэффициент теплоотдачи. На поверхности теплообмена отсутствуют пульсации давления и температуры, характерные для кипения жидкости.

Процессы в тонких пленках жидкости широко используются в испа-рительно-конденсационных системах, так как обеспечивают высокую интенсивность тепломассопереноса и значительную поверхность контакта фаз при малых удельных расходах. Гравитационно стекающие пленки применяются в испарителях низкого давления при концентрировании пищевых продуктов, в аппаратах для опреснения морской воды и в ректификационных колоннах. Интенсивность теплоотдачи при испарении возрастает с уменьшением толщины пленки жидкости, но использование слишком тонких пленок жидкости недопустимо в силу повышения вероятности ее разрыва и возникновения кризиса теплоотдачи. Основной задачей совершенствования испарителей низкого давления является интенсификация процессов тепломассообмена и повышение устойчивости стекающих пленок к разрывам.

Целью работы является исследование гидродинамики и теплообмена в ламинарных естественно циркуляционных пузырьковых и пленочных течениях с учетом влияния капиллярных и термокапиллярных эффектов, раскрытие механизмов и изучение основных закономерностей рассматриваемых явлений.

Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые:

• Выполнены систематические исследования гидродинамики всплытия пузырей в погруженных и тупиковых каналах. Изучено влияние стенок канала на форму и скорость всплытия пузырей в широком диапазоне изменения параметров.

• В результате специально выполненных экспериментов и сопоставления с численными расчетами определены границы режимов всплытия пузырей с разной формой в неограниченном объеме жидкости. Определены границы перехода к области неустойчивого спиралевидного движения пузырей. Детально исследован переход от пузырькового к снарядному движению пузырей в каналах. Данные по деформации и образованию вихревых течений жидкости за пузырем сопоставлены с численными расчетами.

• Для обобщения и анализа опытных данных по всплытию пузырей предложено использовать новый тип диаграмм с безразмерными координатами. При моделировании движения пузырей в погруженных каналах учтено влияние начального гидродинамического участка. Получены обобщающие и модельные зависимости для определения скоростей всплытия пузырей в различных условиях.

• Выполнены систематические исследования конвективного теплообмена при всплытии пузырей в погруженных прямоугольных каналах разной формы. Тщательно контролировались параметры газожидкостного потока (размеры пузырей и их идентичность, дистанции между пузырями). Интенсивность теплоотдачи измерялась в разных точках по высоте нагревательного элемента в канале, что позволило получить информацию о влиянии вплывающих пузырей на теплообмен в широком диапазоне изменения режимных параметров.

• Для описания интенсификации теплообмена в погруженных каналах предложена теоретическая модель, учитывающая как нестационарный характер процесса (влияние частоты следования пузырей, времен движения пузыря в канале и вблизи поверхности нагрева), так и влияние усредненных стационарных характеристик (наведенной циркуляции жидкости в канале и теплообмена на начальном участке канала).

• Исследовано формирование регулярных струй при течении пленки жидко -сти с двухмерными и трехмерными волнами. Выделены области внезапного возникновения устойчивых регулярных структур на поверхности гладкой

пленки жидкости и формирования струй при распаде двумерных волн на трехмерные или по гребням трехмерных волн.

• Исследованы различные режимы влияния плотности теплового потока и числа Рейнольдса пленки на расстояние между струями. В результате анализа экспериментального материала показано, что имеет место два механизма формирования струй - термокапиллярный и термокапиллярно-волновой.

• Показано, что при термокапиллярно-волновом механизме струи формируются на неоднородностях в толщине пленки. С увеличением плотности теплового потока пленка жидкости в межструйной области становится более гладкой, амплитуда волн и пульсаций температуры уменьшается. Трехмерные волны распространяются по гребням струй. С ростом теплового потока толщина пленки и амплитуда волн увеличиваются. Определяющим является изменение толщины пленки под действием термокапиллярных сил при формировании струй. Амплитуда волны подстраивается под это изменение в соответствии с увеличением толщины пленки (локального числа Рейнольдса).

• Показано, что искусственные механические и температурные возмущения нагреваемой пленки жидкости, варьирование длины пробега пленки и интенсивности испарения позволяют изменить длину волны неустойчивости только в узком диапазоне, соответствующем области, в которой проявляются закономерности термокапиллярного и термокапиллярно-волнового механизмов формирования струй. Установлено, что границы этой области консервативны в отношении внешних факторов, а безразмерная длина волны неустойчивости определяется числом Рейнольдса пленки и модифицированным числом Марангони.

• Обнаружено влияние длины нагревателя на величину плотности теплового потока, при которой происходит формирование структур. Выполнено обобщение опытных данных по формированию структур и разрыву пленки с учетом влияния испарения.

• Экспериментально показано, что термокапиллярные силы приводят к снижению интенсивности среднего стабилизированного конвективного теплообмена при течении двумерной пленки жидкости и формировании струй.

• Выполнено исследование локального теплообмена. Измерено распределение температур на поверхности трехмерной волновой пленки жидкости при формировании струй. Обнаружено увеличение локального коэффициента теплоотдачи в области тонкой пленки жидкости между струями.

• В условиях значительной интенсивности испарения обнаружена интенсификация среднего теплообмена при формировании структур. Показано, что существенное увеличение теплообмена при формировании струй на поверхности пленки жидкости до и после разрыва определяется влиянием испарения.

• Обнаружено, что под действием термокапиллярных сил происходит распад крупных солитонообразных волн на струи. Рост волновой динамики за счет увеличение длины пробега пленки и интенсивности испарения приводит к смыванию сухих пятен и интенсификации теплообмена. Показано, что термокапиллярно-волновое движение пленки жидкости увеличивает теплоотдачу на 25-70 % при 20 < Яе < 100.

Совокупность полученных результатов и сделанные на их основе обобщения и выводы, являются вкладом в развитие нового научного направления капиллярной термо-гидродинамики.

Научная и практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты и разработанные на их основе физические модели, а также обобщающие расчетные соотношения позволяют осуществлять научно обоснованный выбор оптимальных параметров технологических процессов, а также могут быть использованы при создании новых методов расчета двухфазных течений.

Результаты исследования всплытия одиночных пузырей в неограниченном объеме жидкости и в цилиндрических трубах использованы в монографиях: Кутателадзе С. С. Анализ подобия в теплофизике. — Новосибирск: Наука. - 1982; Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е. Теплообмен и волны в газожидкостных системах. — Новосибирск: Наука. — 1984; Кутателадзе С. С. Анализ подобия и физические модели. — Новосибирск: Наука. — 1986; Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. — М: Энергоатомиздат. — 1990; Накоряков В.Е., Горин А.В. Тепломассоперенос в двухфазных системах. — Новосибирск: Институт теплофизики. - 1994.

Выполненное экспериментальное исследование конвективного тепло -обмена при всплытии пузырей в погруженных прямоугольных каналах показало, что интенсивность конвективной теплоотдачи зависит, прежде всего, от частоты следования пузырей и слабо чувствительна к вихревым движениям в следе пузырей. Установлено, что механизм теплоотдачи определяется главным образом нестационарным отводом тепла в жидкость за пузырем. Обнаружено, что при эрлифтном движении пузырей в каналах малого сечения достигается максимальная интенсивность теплообмена (до 10 раз выше по сравнению с естественной конвекцией). Полученные данные могут быть использованы при создании погружных систем охлаждения электронного оборудования.

Обнаружен новый режим формирования струй на протяженных нагревателях при волновом движении пленки. Экспериментально определена область, в которой неустойчивость течения в стекающих неизотермических пленках жидкости приводит к формированию струй. В настоящее время экспериментальные и теоретические работы в данном направлении ведутся в нескольких научных группах в Институте теплофизики СО РАН, Институте

гидродинамики СО РАН, Институте вычислительного моделирования СО РАН, в Центре по микрогравитации при Свободном университете Брюсселя в Бельгии, Институте механики Болгарской Академии наук в Софии, Университете г. Лидса, Великобритания, в Институте физики им. Макса Планка, Дрезден, Германия, в Университете им. Пьера и Мари Кюри, Париж, Франция. Фактически сложилось и активно развивается новое научное направление в термогидродинамике многофазных систем.

Знания о механизмах развития неустойчивости, области возмущений, приводящих к формированию струйных течений в нагреваемой пленке, и влиянии трехмерных деформаций на теплообмен позволяют управлять формированием струй, регулировать механизм развития сухих пятен и повышать интенсивность теплоотдачи. Полученные результаты могут быть использованы при создании нового поколения испарителей низкого давления, применяемых в пищевой промышленности, дистилляторов и ректификационных аппаратов.

На защиту выносятся:

• Результаты экспериментального исследования гидродинамики всплытия пузырей и их цепочек в неограниченном объеме жидкости, в погруженных и тупиковых каналах круглого и прямоугольного сечения.

• Результаты анализа и обобщения опытных данных по всплытию пузырей с использованием нового типа диаграмм с безразмерными координатами.

• Результаты экспериментального исследования теплообмена при всплытии пузырей в погруженных прямоугольных каналах разного размера.

• Модельное описание движения пузырей и интенсификации теплообмена в погруженных каналах, учитывающее как нестационарный характер процесса, так и влияние усредненных стационарных характеристик (наведенной циркуляции жидкости в канале и теплообмена на начальном участке канала).

• Результаты экспериментального исследования и обобщения опытных данных по неустойчивости течения неизотермической пленки жидкости и формированию струй на ее поверхности.

• Экспериментальное обнаружение нового режима формирования струй на поверхности нагреваемой пленки жидкости при распаде двумерных волн на трехмерные и по гребням трехмерных волн.

• Экспериментальное определение границ области неустойчивости, приводящей к формированию струй в стекающих неизотермических пленках жидкости.

• Результаты экспериментального исследования теплоотдачи к гравитационно стекающей пленке жидкости при совместном влиянии неравномерности распределения теплового потока, волнового движения, испарения и термокапиллярных эффектов.

• Экспериментальное обнаружение увеличения локального коэффициента теплоотдачи в области тонкой пленки жидкости между струями и интенсификации среднего теплообмена при формировании структур в условиях высокой интенсивности испарения.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 59 печатных работ. Результаты работы докладывались автором на I Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации" (Рига, 1982), Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" (Новосибирск, 1988), Int. Sem. PhaseInterphase Phenomena in Multiphase Flow (Dubrovnik, 1990), VIII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград, 1990), международном семинаре "Испарительные системы охлаждения электронного оборудования" (Новосибирск, 1991), II международном семинаре "Охлаждение электронного оборудования" (Новосибирск, 1993), NATO Advanced Study Institute on Energy Conservation Through Heat Transfer Enhancement of Heat Exchangers (Turkey, 1998), XXVI Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск, 2002), Всероссийской конференции "Теория и приложения задач со свободными границами" (Бийск, 2002), Третьей российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2002), на научных семинарах под руководством академика Накорякова В.Е. (ИТ), академика Шемякина Е.И. (МГУ), член-корр. Алексеенко С.В. (ИТ), член-корр. Пухначева В.В. (ИГ).

Личный вклад автора. Данная работа выполнена в лабораториях «Теплообмена при фазовых переходах» (1978 - 1987, заведующий академик Кутателадзе С. С.) и «Интенсификации процессов теплообмена» (1988 - н/в, заведующий д.ф.-м.н. Кабов О.А.) Института теплофизики СО РАН. В диссертацию включены экспериментальные результаты, полученные на стендах, в проектировании и создании которых автор принимал непосредственное участие, либо индивидуально, либо под его руководством с помощью студентов, аспирантов и сотрудников лаборатории «Интенсификации процессов теплообмена». Представленные в диссертации физические модели, обобщения, эмпирические формулы и аналитические решения, получены автором. Численные расчеты, используемые в работе, получены с использованием стандартных пакетов или выполнены д.ф.-м.н. Волковым П.К. и к.ф.-м.н. Марчуком И.В. и содержатся в совместных публикациях.

Достоверность полученных данных подтверждена анализом погрешности измерений, повторяемостью результатов опытов, выполняемых на разных рабочих участках в разное время, постановками специальных тестовых экспериментов, систематическим (комплексным) исследованием проблемы, сравнением с экспериментальными и теоретическими результатами

других авторов. Используемые экспериментальные методики обеспечивали взаимное дополнение и независимый контроль.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 347 страницах, состоит из 6 глав, введения и выводов. Работа содержит 289 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 355 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены основные понятия, указана новизна исследований, отмечена их достоверность и практическая ценность.

В первой главе на основе известных из литературы данных рассматриваются проблемы гидродинамики всплытия пузырей, движения двухфазного потока в каналах и пленочных течений. Проанализированы работы, направленные на изучение влияния дискретных параметров процесса: размеров пузырей, нагревательных элементов, размеров каналов, характеристик пленочных течений, размеров структур, возникающих при термокапиллярной конвекции и так далее. Рассмотрен теплообмен при движении пузырей и при нагреве стекающих пленок жидкости. Выделены вопросы, не решенные в предшествующих работах.

Исследование детальных физических механизмов двухфазных течений традиционно развивается в Институте теплофизики в работах Гешева, Волкова, Кашинского, Кузнецова, Накорякова и др. В обзоре рассмотрены газо-жидкостные течения, вызванные влиянием гравитации, с ограниченным количеством газовых включений. Проанализировано всплытие одиночных пузырей и их цепочек в покоящейся жидкости. Рассмотрены эффекты, связанные с наведенной циркуляцией жидкости, течением в барботажных колоннах и в погруженных каналах. Течения с вынужденным движением фаз, примыкающие к движению в погруженных каналах, обсуждены отдельно. Проанализировано влияние всплытия пузырей на теплообмен, а также кипение и кризис теплообмена на локальных нагревателях. Рассмотрено развитие экспериментальных методов исследования двухфазных потоков и, в частности, пленочных и пузырьковых течений. Показано, что в литературе крайне ограничено количество исследований влияния размеров канала разной конфигурации на скорость всплытия пузырей и гидродинамику течения жидкости. Недостаточно изучено влияние всплытия пузырей на конвективный теплообмен в погруженных каналах при значительных недогревах жидкости до температуры насыщения.

Результаты исследования различных аспектов динамики и теплообмена в стекающих пленках, начатые в работах Нуссельта и Капицы, в последнее время систематизированы в ряде монографий, диссертаций и обзоров: Алексеенко, Накорякова и Покусаева; Ганчева; Гимбутиса; Гогонина; Доро-

хова; Кабова, Трифонова; Цвелодуба; Холпанова и Шкадова; Oron, Davis, Bankoff; Kandlikar; Fujita, Ueda и других исследователей.

Известные из литературы обобщающие зависимости и методики расчетов теплообмена применимы либо к недогретой пленке жидкости без учета испарения, либо к испаряющейся при температуре насыщения. Эти зависимости дают удовлетворительный результат при относительно невысоких тепловых потоках и больших числах Рейнольдса.

В начале 90х годов исследования теплоотдачи к пленке жидкости от локальных нагревателей начались в Институте теплофизики СО РАН. На поверхности гладкой, недогретой до температуры насыщения, ламинарной пленке жидкости, стекающей по поверхности с локальным нагревателем, Кабовым было обнаружено формирование самоорганизующихся пространственных регулярных структур, имеющих термокапиллярную природу. Открыт эффект повышения устойчивости к термокапиллярному разрыву пленки для нагревателей с малым линейным размером при малых числах Рей-нольдса. Исследована теплоотдача от локальных нагревателей к стекающей пленке растворов этилового спирта в воде в условиях значительных недог-ревов до температуры насыщения.

В работах Павленко выполнено экспериментальное исследование испарения, кипения и кризиса теплообмена в стекающей по вертикальной поверхности пленке жидкого азота при температуре насыщения. В докризисных режимах зарегистрировано ривулетное течение жидкости. Показано, что при ламинарно-волновом режиме течения интенсивное пленочное испарение может приводить к существенному возрастанию амплитуды крупных волн и интенсификации теплообмена.

Открытие регулярных устойчивых структур вызвало широкий резонанс, как в российской, так и зарубежной науке. В Российской и мировой печати в 2000 - 2003 гг. опубликовано более десяти теоретических работ, посвященных этой проблеме. В настоящее время теоретические методы ограничены невысокими числами Рейнольдса и описывают формирование структур на поверхности безволновой пленки жидкости.

Из анализа литературы следует, что в последнее время возрос интерес к исследованию формирования стационарных и волновых структур. В изотермической стекающей пленке жидкости наименее полно (по сравнению с двумерными волнами) исследованы трехмерные волны. Формирование струй исследовано (как теоретически, так и экспериментально) только при течении гладкой пленки жидкости при малых числах Рейнольдса на нагревателях малого размера. Изучено действие термокапиллярных сил на двумерные волны, но влияние нагрева на течение трехмерной волновой пленки жидкости практически не рассматривалось.

В последней части первой главы на основании анализа литературы сформулированы основные задачи и цели данного исследования.

Во второй главе диссертации описана техника экспериментов и методы исследования пузырьковых и пленочных процессов.

Сформулированные проблемы решались экспериментальными методами. Опыты проводились на специально созданных стендах и установках: Гидродинамика всплывающих пузырей, Оптический криостат, Конвективный теплообмен при движении пузырей, Кипение и кризис на локальном нагревателе, Неизотермическое течение пленки жидкости. На стендах использовались различные рабочие участки и их модификации.

Разработаны новые и применены известные методы измерения физических величин. Выполнена автоматизация исследования протекающих процессов с применением вычислительной техники. Выбраны рабочие жидкости, а также оптимальные геометрические и режимные условия экспериментов. Разработанные методики и программы для проведения эксперимента обеспечивали необходимую достоверность и полноту получаемой экспериментальной информации.

Для исследования гидродинамики движения пузырей в элементах погружных систем создан стенд, схема которого показана на рис. 1. В рабочий объем (1) из оргстекла со стеклянными оптическими окнами помещался плоскопараллельный, цилиндрический или прямоугольный канал (2). Визуализация течения жидкости в канале осуществлялась лазерным ножом. Использовался аргоновый лазер ЛГН-502. В жидкость добавлялись алюминиевые частицы. Цилиндрические линзы (3, 4) служили для создания плоскопа-раллелыюго потока излучения (ножа). Толщина ножа регулировалась щелью (5). Запись изображения осуществлялась видеокамерой (8). Скорость всплытия, частота следования и число прошедших пузырей определялись посредством двух фотодиодов ФД-256 (6), перед которыми устанавливалась диафрагма (7).

На аналогичной установке были выполнены эксперименты по исследованию теплообмена в погруженных прямоугольных каналах. Отличие заключалось в том, что на одной из сторон прямоугольного канала располагался нагреватель размерами: 100x10, 100x5 или 100x2.5 мм. Нагреватель изготавливался из фольги нержавеющей стали толщиной 80 мкм. В пластину под нагревателем было установлено по вертикали 9 медь-константановых термопар (диаметр проводов 100 мкм) на расстоянии 12 мм друг от друга.

Эксперименты по всплытию отдельных паровых пузырей в жидком азоте и гелии проводились в оптическом гелиевом криостате с внутренним диаметром 80 мм, что позволило реализовать условие всплытия пузырей в большом объеме. Рабочими веществами являлись азот при атмосферном давлении и гелий при р = 0.101 МПа р = 0.177 МПа и температурах насы-

щения. Устройство установки показано на рис. 2. Рабочие участки размещались в оптическом криостате (1). Вакуумная изоляция криостата обеспечивалась системой высоковакуумной откачки и адсорбционными насосами, установленными на гелиевом баке. Внешние теплопритоки снимались азотным экраном (2). Рабочие жидкости подавались в криостат из сосуда СТГ-40 или азотного танка. Давление измерялось образцовыми вакуумметром (8) и манометром (7) (класс точности приборов 0.4), а температура жидкости при помощи термопары (6). Генераторами пузырьков 4 служили проволоки из нержавеющей стали диаметрами 0.096 или 0.21 мм, на которые подавался прямоугольный импульс напряжения длительностью 1-4 мс. Нагрузка в виде одиночного импульса напряжения и изоляторы на проволоке позволили получить пузыри, которые можно рассматривать как одиночные. При подборе амплитуды и длительности импульса для образования дискретных паровых образований использовалась волоконно-оптическая методика регистрации границы раздела фаз. Киносъемка процесса производилась кинокамерой "Пентацет-35" со скоростью 250 кадров в секунду.

Исследование гидродинамики и теплообмена в стекающих пленках жидкости было выполнено на стенде, представляющем замкнутый циркуляционный контур. Рабочая жидкость с помощью насоса подавалась в пленко-формирователь и стекала по поверхности с нагревателями различного размера. Схема стенда с закрытым рабочим участком приведена на рис. 3. Экспериментальные исследования проводились на рабочих участках, закрытых пластиной из оргстекла толщиной 10 мм или специальным экраном. В парогазовой области между оргстеклянной пластиной и плоскостью рабочего участка с нагревателями размещался трубчатый теплообменник-конденсатор. В стенде имелись также: резервуар подготовки (обезгажива-ния) рабочей жидкости, фильтр и ротаметры. Использовалось 5 рабочих участков. Различные модификации рабочих участков позволяли изменять расстояние между соплом пленкоформирователя и верхним краем нагревателя от 40 до 400 мм. Опыты проводились на локальных нагревателях: 2.2x68, 4x68, 6.5x13, 6.6x22 мм и нагревателях среднего размера 60x120, 150x150 мм (первым указан размер вдоль потока жидкости). Рабочий участок с нагревателем (1) размером 150x150 мм и перемещаемым пленкоформировате-лем (2) показан на рис. 4. По электрической мощности, выделяемой на нагревателе, определялась средняя плотность теплового потока q. В пяти точках на вертикальной оси нагревателя измерялись плотности локального теплового потока qj и температуры на поверхности нагрева Т„.

В экспериментах использовались нагреватели разных конструкций. При исследовании теплоотдачи при конвекции и кипении в относительно больших объемах жидкости для выполнения условия было доста-

точно использовать в качестве нагревателей металлическую фольгу толщи-

ной 25/80 мкм. Для изучения теплообмена при течении недогретой до температуры насыщения пленки жидкости при малых числах Рейнольдса (толщина пленки 50/100 мкм) такой подход уже не обеспечивал выполнение условия Для возможности измерения локального теплового потока

при исследовании теплообмена к пленкам жидкости использовались толстостенные нагреватели. Особенности исследуемых процессов в ряде случаев требовали искусственного обеспечения высоких градиентов поверхностного натяжения на свободной поверхности и, соответственно, температуры. В результате возникала существенная неравномерность тепловыделения по нагревателям и необходимость расчетов в них полей температур и тепловых потоков. Расчеты теплопроводности в нагревателях, подложках и в их отдельных элементах были выполнены с помощью программ Therm 2.01 и Cosmos/M 2.0. Помимо электрических нагревателей в экспериментах для обеспечения условия применялись медные теплообменники, по

которым прокачивался теплоноситель.

В экспериментах использовалось 15 жидкостей с разными физико-химическими свойствами: дистиллированная вода, перфтортриэтиламин (МД-ЗФ), жидкость FC-72, фреон 113, глицерин, растворы глицерина в воде, масла и криогенные жидкости (азот и гелий).

С использованием аналоговой и цифровой видеокамер проводилась видеосъемка структуры течения с увеличением до 20 раз и дальнейшей компьютерной обработкой видео-изображений. Температура на поверхности пленки жидкости измерялась инфракрасным сканером. Температура поверхности нагревателя, начальная и среднемассовая температуры жидкости, а так же температура в парогазовой области определялась термопарами. Двумя методами (по балансу теплоты и по теплоте, выделенной при конденсации паров) измерялась средняя плотность теплового потока q,, расходуемая на испарение жидкости. Средний расход жидкости измерялся ротаметром. Толщина пленки жидкости измерялась двумя независимыми методами: волоконно-оптическим и емкостным. Емкостный метод был адаптирован к измерению толщины неизотермических пленок жидкости. Использовалось четыре емкостных датчика, которые могли устанавливаться автономно, рис. 4, или размещались в линию в виде единого блока.

В третьей главе рассмотрена гидродинамика движения пузырей в тупиковых (выступающих) и в погруженных в жидкость каналах. В выступающих или тупиковых каналах для любых типов движения расход жидкости в любом поперечном сечении равен нулю. В погруженных каналах, напротив, движение пузырей приводит к определенному среднему расходу жидкости.

Экспериментально исследовалось всплытие одиночных газовых пузырей в неограниченном объеме жидкости, цилиндрических, щелевых и

прямоугольных каналах. Исследовалось движение цепочек пузырей в каналах указанных геометрий, а также в двухфазном динамическом слое. Измерялись объемы пузырей, скорости всплытия, частота следования пузырей. Объемы пузырей варьировались от 10-3 до 4-103 мм3. Диапазон скоростей всплытия изменялся от 10-3 до 0.4 м/с. Максимальная частота следования пузырей составляла 10 Гц. В широком диапазоне изменялись геометрические характеристики каналов. Посредством видеосъемки, фотосъемки и скоростной киносъемки фиксировались формы пузырей. Выполнена визуализация наведенного пузырями движения жидкости.

В качестве примера, характеризующего особенности течения, на рис. 5 показана зависимость скорости всплытия U¡, одиночного пузыря объемом V=94 мм3 от ширины b выступающего и погруженного прямоугольных каналов высотой 155 мм и толщиной 1.8 мм. Скорость всплытия в выступающем прямоугольном канале быстро убывает с уменьшением Ъ. В погруженном канале скорость пузырей после достижения некоторого минимума начинает возрастать. Такое поведение кривой объясняется сменой гидродинамических режимов обтекания пузыря. При больших значениях Ъ опускное течение наблюдается на открытой или закрытой периферии • канала. При 20 < Ъ < 40 мм амплитуда витания пузыря соизмерима с шириной канала Ъ. Опускное течение взаимодействует с движением жидкости около пузыря, что приводит к образованию дорожки вихрей в канале, рис. 5. В этом случае различия в скоростях всплытия пузырей и картине течения между погруженным и выступающим каналами не слишком велико. При Ъ < 10 мм в выступающем канале витание пузыря прекращается. Гидродинамическое сопротивление определяется перетеканием жидкости между пузырем и стенкой канала. При уменьшении Ъ зазор между пузырем и стенкой становится тоньше, сопротивление возрастает, а скорость всплытия пузыря быстро убывает, но в отличие от цилиндрического канала не достигает нулевого значения. В погруженном канале пузырь «проталкивает» жидкость вперед. Опускное течение между пузырем и стенкой прекращается и осуществляется за пределами канала. Гидродинамическое сопротивление определяется, главным образом, трением выталкиваемой жидкости о стенки канала. При этом чем больше длина пузырей и их количество в канале, тем выше скорость всплытия.

На рис. 6 представлены опытные данные по скорости всплытия одиночных газовых пузырей в цилиндрических тупиковых трубах разного диаметра в зависимости от эквивалентного радиуса пузыря Кь = (3 У/4л)ю. Здесь же приведены результаты работы (Uno, Kintner, 1956) для труб относительно большого радиуса Верхняя огибающая сплошная линия обозна-

чает усредненную зависимость скорости всплыли пузырей в неограниченном объеме от их размеров. Полученные опытные данные позволили впер-

вые обнаружить существование особой области перехода от пузырькового режима движения к снарядному. В трубах с /?г= 3—10.9 мм переходная область характеризуется сложной зависимостью {Д от Яь. В этой области увеличение размера пузырей сопровождается сначала ростом их скорости, а затем резким ее уменьшением до значения скорости всплытия снарядов. В канале с мм в области умеренного влияния стенок пузырь имеет

форму эллипсоида, поверхность которого очень близко подходит к поверхности трубы. Затем по мере роста объема (Я/,) происходит увеличение его размеров по вертикали, пузырь приближается к сфере, что приводит к возрастанию сопротивления его движению и, соответственно, уменьшению скорости. Далее форма пузыря становится более обтекаемой, а скорость его возрастает до максимального значения. В канале с Лт = 6 мм уже при газовые полости имеют форму, показанную на фотографиях рис. 6 Форма этих пузырей неустойчива. Пузырь сжат с боков, а его нижняя часть испытывает слабые колебания. При дальнейшем увеличении объема на поверхности пузырей появляются волны. С развитием волнового процесса в кормовой части всплывающих пузырей их скорость уменьшается до значения, соответствующего снарядному режиму движения. В цилиндрах большого сечения пузыри имеют куполообразную форму, нижняя граница которой колеблется и изгибается на протяжении всего подъема. В этом случае сила поверхностного натяжения уже не оказывает существенного влияния на их форму.

На рис. 7 приведено обобщение данные по всплытию одиночных пузырей на диаграмме с координатами

0)

где - масштаб вязко-гравитационного взаимодействия, - капиллярная постоянная. Использованы собственные экспериментальные данные, численные расчеты Волкова и результаты других авторов. Проанализировано изменение формы пузырей и образование вихрей за ними в наиболее сложных и наименее изученных переходных областях, где существенно влияние всех определяющих параметров. Цифрой I обозначена область, в которой всплывающий пузырь имеет сферическую форму. Основной характеристикой, задающей границу этой области, является степень деформации пузыря - горизонтальный, - вертикальный размер). На диаграмме приведены данные (точки 1), которые указывают на деформацию пузырей в 0.5 % (е = 0.005) и 2-3 % (точки 2). Сплошная линия, ограничивающая область I, определяется выражением Л,Л<Т= 1.4. Деформированные пузыри мо-

гут принимать различный вид. Форма пузырей, всплывающих в воде и других маловязких жидкостях, близка к эллипсоиду вращения (область II). В более вязких средах форма пузырей напоминает сплющенный осесиммет-ричный эллипсоид. (область III) проис-

ходит нарушение симметрии всплывающего пузыря относительно горизонтальной оси. Штриховая линия, построенная на основании полученных данных, указывает на нарушение симметрии пузыря в 3 %. В области III влияние сил поверхностного натяжения начинает ослабевать (Ra> 1), но механизм всплытия пузырей с определяющим влиянием сил вязкости еще не в полной мере сформирован. В этом случае форма пузыря ближе к сфере, чем к сплющенному эллипсоиду. Кривая, соответствующая началу вихреобразо-вания (точки 3) при подобна штриховой линии, указывающей на

возникновение нарушения симметрии пузыря. Это обстоятельство показывает, что в данном случае начало вихреобразования за пузырем зависит от степени его асимметричности. В областях IV и V движение пузырей прямолинейно, а их форма несимметрична относительно горизонтальной оси. На границе области VI форма пузыря симметрична, а движение отличается от прямолинейного. Точка 4 соответствует максимальному значению R, для которого получено стационарное решение (Волков, Чиниов, 1989) при прямолинейном всплытии пузыря. На рис. 7 представлены опытные данные из (Tsuge, Hibino, 1977), указывающие на начало зигзагообразного движения пузырей (точки 5), а также собственные результаты экспериментов (точки 6), соответствующие их движению по спирали.

На рис. 8. представлено сопоставление полученных опытных данных для криогенных сред с теоретической (Moore, 1965), штриховая линия, и модифицированной эмпирической (Маленков, 1968), сплошная линия, зависимостями.

Влияние критериев (1) на безразмерную скорость пузыря, число Фру-да (Fr = UbKgRb)), показано на рис. 9. Обозначение режимов всплытия пузырей такое же, как на рис. 7, штриховые кривые - постоянные значения Fr. В предельных случаях автомодельности по одному или двум определяющим параметрам (области 1, 4, 6, 7) закономерность всплытия пузырей описывается известными соотношениями. Для других областей автомодельности и переходных зон построены новые расчетные зависимости.

Используемый метод обобщен для случая движения пузыря в вертикальном канале. Проведен анализ как существующих, так и вновь полученных опытных данных. Предложены эмпирические формулы для описания процессов. В качестве определяющих критериев использованы величины Rv, к = Rt/Rr- Для заданного значения к процесс определяется только величинами (1), что дает возможность использовать диаграммы с координатами Raw. Ry. Увеличение объема пузыря при сохранении диаметра трубки приво-

дит к существенным изменениям во всей картине течения. На рис. 10 показаны изолинии числа Фруда и режимы всплытия пузырей при к — 0.8. Можно видеть, каким образом параметр к воздействует на поле значений числа Фруда в плоскости

В результате выполненных исследований показано, что максимальная скорость всплытия одиночных пузырей достигается в погруженных каналах малого сечения. Изменение частоты всплытия пузырей наиболее сильно влияет на скорость их всплытия в погруженных каналах круглого или прямоугольного сечения при близких размерах сторон. В щелевых каналах и неограниченном объеме жидкости это влияние существенно меньше. В погруженных или выступающих каналах скорость всплытия пузырей не зависит от частоты.

Создана модель, описывающая эрлифтное всплытие цепочек снарядных пузырей в погруженных цилиндрических и прямоугольных каналах, учитывающая влияние начальных гидродинамических участков,

В четвертой главе представлено исследование интенсификации конвективного теплообмена за счет движения пузырей в прямоугольном канале. Сравнение данных по влиянию расхода газа Qg во всплывающих цепочках пузырей на интенсивность теплоотдачи от нагревателей разных размеров, расположения и конфигураций показано на рис. 11. Здесь приведены данные для прямоугольных каналов (1, 2), для цепочек пузырей, всплывающих на расстоянии 2.5 мм (3) и 50 мм (4) от вертикального нагревателя и по теплоотдаче от горизонтального цилиндра при его обтекании цепочкой пузырей (5). Видно, что максимальная интенсификация теплообмена при наименьших расходах газа достигается в каналах малого сечения.

На рис. 12 показано влияние частоты следования пузырей/и площади сечения канала S на интенсивность теплоотдачи. Исследовалось влияние цепочек пузырей постоянного объема 215 мм3. Изменение площади сечения канала оказывает слабое влияние на интенсивность теплоотдачи. Только при малых значениях S, q и f наблюдается влияние площади сечения канала на теплообмен. Значительное влияние на интенсивность теплообмена оказывает частота всплытия пузырей, что может быть объяснено периодическим разрушением пограничного слоя на нагреваемой поверхности и чередованием теплоотдачи к пленке жидкости между пузырем и стенкой канала и теплоотдачи к жидкой «пробке».

Схема движения пузырей в прямоугольном канале с нагревателем расположенным на левой стенке показана на рис. 13. Газовый пузырь объема V, имеющий форму снаряда, движется в канале с заданным периодом следования То. Рассматривается режим с периодом следования пузыря Г0</С=ДД4, когда один или более пузырей движутся в канале - высота канала).

Теплообмен при движении пузырей в плоском вертикальном канале в

предположении стержневого движения жидкости с некоторой постоянной скоростью ^ описывается уравнением

дгТ

дТ тт дТ

-+и 1-= а—-

ду дх

(2)

При всплытии газовых пузырей в погруженных каналах малого сечения жидкость, расположенная между пузырем и стенкой канала (нагревателем), практически не вовлекается в движение, так как трение газа о жидкость мало. Таким образом, между нагреваемой стенкой канала и пузырем тепло передается за счет теплопроводности жидкости, причем в отсутствии фазовых переходов на поверхности пузыря выполняется условие адиабатности. Время нагрева жидкости между нагревателем и пузырем определяется временем прохождения пузыря мимо данной точки и задается соотношением После прохождения пузырем рассматриваемой точки поверхности нагрева изменение температуры вдоль оси у существенно меньше ее изменения во времени и по оси х. Производная по времени возникшего в результате прогрева пленки скачка температуры компенсируется в уравнении (2) главным образом за счет правой части. Теплоотдача от поверхности нагревателя в пленку жидкости между пузырем и стенкой и в жидкость, движущуюся непосредственно за пузырем, в первом приближении может быть описана уравнением нестационарной теплопроводности. В момент времени 1*=у*Юр жидкость, к началу нестационарного процесса находящаяся у входа в канал, достигает рассматриваемой точки у* нагревателя. При />/* нестационарные эффекты становятся менее существенными и могут не учитываться. В общем случае режимы теплообмена в канале определяются соотношением между четырьмя характерными масштабами процесса: При движении цепочек пузырей в канале можно выделить три режима теплообмена: 1) ть< ¡*<т0,2) ть < т0< 3) 1*<ть < т0.

На рис. 14 приведено полученное аналитическое решение в виде зависимости безразмерной температуры от безразмерного времени г, рассчитанное для воды в канале сечением 10x1.9 мм при следующих параметрах: го=0.56 с, 9=9400 Вт/м2, V =175 мм3 (рис. 14 а), го=1.0 с, ^=28600 Вт/м2, Р=179 мм3 (рис. 14 б). Расчеты были выполнены для пяти значений г*= ¿*/г0, соответствующих расположению термопар по высоте нагревателя внутри канала. Сплошной линией показано расчетное изменение безразмерной температуры стенки во времени в точке расположения нижней термопары на нагревателе у¡' = 16.7 мм (т'= 0.18, см. рис. 14 а и г/= 0.1, см. рис. 14 б); штриховыми линиями при "От* изображено изменение 0,,-для других точек нагревателя На графиках границы

областей с различными закономерностями теплоотдачи обозначены (/=1-5). Как видно из рис. 14, при 0^г<гь температура поверхности стенки

растет за счет прогрева пленки жидкости между нагревателем и пузырем. Величина безразмерной температуры в данной точке нагреваемой стенки зависит от высоты ее расположения жидкость, движу-

щаяся за пузырем, приводит к снижению в результате передачи накопленной в пленке теплоты к холодному ядру жидкости. Переход к стационарному решению зависит от расположения точки у*. При_у*=16.7 мм 0,, монотонно уменьшается до единицы в точке Г; . Для других значений у* 0„ достигает некоторого минимального значения и затем возрастает до 1. При жидкость с температурой То, в момент г=0 находящаяся у входа в канал, достигает рассматриваемой точки нагревателя. Безразмерная температура 0„ не зависит от времени и равна 1. При больших значениях То область стационарного решения становится существенной даже в верхней части нагревателя, а при малых только в самой нижней его части.

Для сопоставления с экспериментом, где измерялись средние по времени значения температуры стенки, проводилось интегрирование температуры по времени за период Тд. На рис. 15 приведены опытные данные по изменению среднего значения температуры по высоте нагревателя в канале сечением 10x1.9 мм при различных тепловых потоках. Линиями показаны расчетные зависимости для соответствующих тепловых потоков. Температура стенки возрастает с увеличением у, причем расчетное значение средней температуры нагревателя превышает опытные данные. Видно, что наименьшая абсолютная величина отклонения наблюдается для малых тепловых потоков.

Выполнено исследование теплообмена и кризиса теплоотдачи при кипении на одном или нескольких нагревателях, размещенных в вертикальном прямоугольном канале с естественной циркуляцией жидкости. Обнаружено, что при расположении нагревателя в прямоугольном погруженном канале значительное влияние на плотность критического теплового потока оказывают размеры канала и величина теплового потока от других нагревателей. Генерация паровых пузырей в канале перед нагревателем приводит к ликвидации значительных перегревов поверхности при переходе от конвекции к кипению. Установлено, что существует оптимальная ширина погруженного канала, при которой достигается максимальное значение плотности критического теплового потока (130 % по сравнению с неограниченным объемом).

В пятой главе исследовано формирование струйных течений при движении пленки жидкости по неизотермическим поверхностям. Опыты проводились при следующих параметрах: используемые жидкости - вода, перфтортриэтиламин, FC-72; числа Рейнольдса пленки (определяемые как

отношение удельного массового расхода к динамической вязкости жидкости) - 11е=1-т330; плотности тепловых потоков на нагревателях - <7=0-:-100000 Вт/м2 (0/10 Вт/см2); расстояние от пленкоформирователя до нагревателя -Х„=40+400 мм.

Обнаружены различные закономерности влияния числа Рейнольдса пленки и плотности теплового потока на расстояние между струями, что позволило выделить помимо режима формирования термокапиллярных структур на поверхности гладкой пленки (А), открытого Кабовым (1994 -1999), новый режим неустойчивости (Б). Показано, что режимам формирования струй А и Б соответствуют два механизма формирования струй - термокапиллярный и термокапиллярно-волновой. Характерные градиенты температуры на поверхности пленки при формировании струй в этих режимах могут отличаться на порядок.

Построены карты режимов течения пленок жидкостей с разными свойствами. На рис. 16 в качестве примера приведена карта режимов течения пленок воды по нагревателю размером 60x120 и 150x150 мм. Выделены области формирования струй в режимах А и Б и область, где возникает разрыв пленки жидкости. Ниже приведены фотографии стекающих пленок воды по нагревателю размером 60x120 мм, рис. 17. Для Яе=4 после области нерегулярных неодиородностей возникали структуры А, рис. 17 а, а затем в верхней части нагревателя формировались сухие пятна, рис. 17 б. При числах Рейнольдса менее 10 при Х„=63 мм на нагревателе размером 60x120 мм струи формировались только в режиме А. Пленка до формирования структур была практически гладкая. При Яе>10 на поверхности пленки, стекающей по нагревателям 60x120 и 150x150 мм, образовывались трехмерные волны, которые с ростом плотности теплового потока превращались в струи в режиме Б. При более высоких плотностях теплового потоках в верхней части нагревателя на поверхности пленки жидкости формировались неоднородности, соответствующие структурам типа А, рис. 17 в, но дальнейшее их развитие не происходило. При увеличении плотности теплового потока пленка в нижней части нагревателя разрывалась на несколько нерегулярных струй. При увеличении длины пробега пленки до мм на нагреватель натекали

три или четыре трехмерные солитонообразные волны с существенно большим расстоянием между ними, чем это характерно для формирования струй типа Б, рис. 17 г, д. В нижней половине нагревателя солитоны разрушались и преобразовывались в вертикальные неоднородности, из которых формировались струи, рис. 17 г, с расстоянием между ними соответствующим режиму Б.

Тепловизионным методом на поверхности пленки жидкости определялось поле температур. Термограмма распределения температуры на поверхности пленок воды над нагревателем размером 150x150 мм показана на рис. 18 а. На рис. 18 б показаны вектора касательных термокапиллярных

напряжений на поверхности пленки воды при 11е=10.4. Если при малых плотностях теплового потока температурное поле практически однородно, термокапиллярные касательные напряжения в основном направлены против тока жидкости, то с увеличением д на поверхности пленки на расстоянии 3040 мм от верхнего края нагревателя наблюдалось изменение направления векторов в сторону формирующихся струй. Формирование струй происходило в конце гладкой зоны на расстоянии 70-80 мм от сопла пленкоформи-рователя, где возникало волновое движение на поверхности пленки.

Емкостным и волоконно-оптическим методами измерялась толщина пленки жидкости. На фотографии, рис. 19 а, показана волновая структура течения пленки жидкости при формировании струй и область измерения толщины пленки. Приведен характерный профиль волны на поверхности струи, построенный по аппроксимации данных измерений по четырем размещенным в линию датчикам, рис. 19 в. Видно, что по гребню струи распространяются волны с большой амплитудой, а в межструйной зоне амплитуда волн уменьшается. Зависимость средней (по времени) безразмерной толщины пленки от плотности теплового потока показана на рис. 19 6 - начальная толщина гладкой пленки жидкости, рассчитанная по Нуссельту). В межструйной области (минимальное значение) толщина пленки жидкости уменьшается в два раза при увеличении теплового потока от 0.5 Вт/см до 0.9 Вт/см2. В окрестности струи (середина расстояния между максимальной и минимальной толщиной) толщина пленки также уменьшается, но более плавно. На гребне струи зарегистрирован рост толщины пленки примерно одинаковый для различных длин пробега Х„=120 и 200 мм. Относительная амплитуда волны (разница между максимальной и минималь-

ной величиной толщины отнесенная к средней толщине пленки в области измерений) практически не зависит от теплового потока как в межструйной области, так и на гребне струи, рис. 19 г. Изменение амплитуды волны соответствует изменению толщины пленки при формировании струй.

Показано, что искусственные возмущения на поверхности нагреваемой пленки жидкости позволяют изменить длину волны неустойчивости только в узком диапазоне, соответствующем области, в которой проявляются закономерности термокапиллярного и термокапиллярно-волнового формирования струй. Увеличение длины пробега пленки и интенсивности испарения приводит к уменьшению диапазона реализуемых возмущений. При высоких плотностях теплового потока и градиентах температуры на поверхности пленки жидкости зарегистрированы возмущения с меньшей длиной волны, чем в режиме А, которые не развиваются в струи. Показано, что длинноволновые возмущения (с большей длиной волны, чем в режиме Б), соответствующие поперечным расстояниям между гребнями крупных соли-тонообразных волн, так же не развиваются. При нагреве пленки солитонооб-

разные волны разрушаются, распадаясь на струи с длиной волны, соответствующей режиму Б.

Показано, что для невысоких чисел Рейнольдса пленки безразмерное расстояние между струями определяется главным образом двумя критериями Яе и Кт. Параметр' Кт=-(до?д1)д/(срр^\')2ГЗ) является аналогом числа Марангони и представляет собой отношение термокапиллярного касательного напряжения на границе раздела газ-жидкость и касательного напряжения на стенке при гравитационном течении пленки. Обнаружено, что длина нагревателя оказывает влияние на величину плотности теплового потока при которой формируются структуры типа А. Обобщение результатов эксперимента с учетом влияния испарения показано рис. 20.

Проведенные обобщения позволили построить безразмерную карту режимов в координатах '.Е1е, Кт*=Кп1Ы1ус указанием областей неустойчивости, рис. 21. Показаны линия формирования структур в режиме А (3) и линия, соответствующая разрыву пленки жидкости. Режим Б состоит из двух областей. В области Б1 расстояние между струями убывает с увеличением модифицированного числа Марангони. Причем с уменьшением Яе степень влияния Кт возрастает. Граница этой области по числу Рейнольдса (Ие<25) совпадает с границей режима А. В области расстояние между

струями практически не зависит от Яе и Кт и определяется гидродинамическими возмущениями в пленке. При на протяженных нагревателях длиной 60 и 150 мм наблюдалось сосуществование двух режимов неустойчивости. В верхней части нагревателя развивались возмущения с меньшей длиной волны А, а в нижней части с большей длиной волны Б. Периодические внешние возмущения позволяли динамически менять количество струй на нагревателе. Влияние Яе на безразмерное расстояние между струями показано на рис. 22, где приведены также результаты теоретических работ.

Можно заключить, что экспериментально определена область возмущений, в которой течение нагреваемой волновой пленки становится неустойчивым и приводит к формированию струй на поверхности пленки жидкости в узком диапазоне изменения расстояния между ними.

В тестой главе исследован теплообмен в стекающей пленке жидко -сти до и после разрыва. Рассмотрены различные режимы теплообмена, наблюдаемые при нагреве стекающей пленки жидкости. Опытные данные представлены в виде зависимости плотности теплового потока от перепада температур для разных нагревателей, жидкостей и значений числа

Рейнольдса, рис. 23. Выделены следующие режимы теплообмена: 1- режим теплообмена к сплошной пленке жидкости, 1а - переходный режим теплообмена, 2 - теплообмен к струям жидкости, 3 - кипение в струях жидкости, За - кризис теплообмена. Основное внимание направлено на рассмотрение теплообмена к сплошной пленке жидкости и в переходном режиме.

Показано, что при наблюдается значительное расхождение

данных с известными зависимостями для протяженных нагревателей. Кроме традиционных эффектов, определяемых критериями в этой области

на теплообмен в пленке жидкости оказывают влияние следующие основные факторы: перераспределение теплоты в подложке, неравномерность распределения теплового потока, волновое движение пленки, испарение с поверхности неравномерно нагретой пленки, зависимость вязкости жидкости от температуры, термокапиллярные эффекты, приводящие к деформации пленки, формированию струй и неравномерности распределения расхода в пленке.

В работе выполнен анализ неравномерности распределения теплового потока вдоль нагревателей, рис. 24. Отмечено, что некорректный расчет среднемассовой температуры, не учитывающий неоднородность распределения теплового потока вдоль нагревателя и расхода жидкости поперек течения пленки, часто приводит к неточным результатам.

Изучалось влияние испарения на теплообмен к пленкам жидкости. Показано, что при малых числах Рейнольдса испарение с поверхности нагреваемой пленки жидкости всегда существенно, рис. 25, и оказывает значительное влияние на теплообмен. Учет тепла затраченного на испарения при расчете среднего коэффициента теплоотдачи позволяет описать опытные данные, рис. 26.

Исследовалось влияние волнового течения пленки жидкости на теплообмен в переходной области. Для этих целей изменялась длина пробега пленки жидкости Х„. Обнаружено, что увеличение амплитуды волны натекающей на нагреватель пленки жидкости, за счет изменения Х„, приводит к увеличению интенсивности теплообмена в области разрыва пленки, рис. 27.

Показано, что термокапиллярные силы вызывают снижение интенсивности стабилизированного конвективного теплообмена в области безволнового течения (за счет утолщения пленки), а уменьшение вязкости жидкости за счет нагрева, наоборот, вызывает увеличение теплоотдачи.

Для анализа влияние трехмерных термокапиллярных эффектов измерялось поле температур на поверхности пленки жидкости при формировании струй, рис. 28. Измерялся локальный и средний теплообмен в пленке жидкости. Обнаружено, что рост локального коэффициента теплообмена наблюдается при увеличении плотности теплового потока в области утонь-шения пленки жидкости между формирующимися струями. Локальная интенсивность теплообмена возрастает при увеличении амплитуды волнового движения пленки.

Термокапиллярные силы оказывают сложное и неоднозначное влияние на средний теплообмен. На рис. 29 а показана зависимость безразмерно-

го коэффициента теплоотдачи при формировании структур А на нагревателе размером 60x120 мм от безразмерной плотности теплового потока (дм плотность теплового потока, при которой происходит разрыв пленки). Коэффициент теплоотдачи а\и$ рассчитывался по зависимости Нуссельта (\Vilke, 1962) с учетом испарения. Экспериментальные данные при малой интенсивности испарения ^/^<0.4 (вода, 11е=3-8) превышают теоретическое

значение Нуссельта на 10 % и не зависят от безразмерной плотности теплового потока до q/qьJ<Q.9. При безразмерный коэффициент теплоотдачи уменьшается. При интенсивном испарении q/q>0.55 (вода, Яе=1;РС-72, Яе=5) рост коэффициента теплоотдачи происходит равномерно при развитии трехмерных возмущений в диапазоне

При движении волновой пленки жидкости и формировании структур в режиме Б, измерение характеристик среднего теплообмена показало, что увеличение плотности теплового потока до величин, предшествующих разрыву пленки жидкости, не оказывает влияние на средний коэффициент теплоотдачи, рис. 29 б. Интенсификация теплообмена по сравнению с гладкой пленкой жидкости обуславливается волновым движением на поверхности пленки. Хотя в нижней части нагревателя зарегистрировано утоньшение пленки жидкости в 2 раза и обнаружена локальная интенсификация теплообмена, на большей части нагревателя утоньшение пленки невелико. Термокапиллярные силы не приводят к росту относительной амплитуды волн на поверхности пленки. В результате влияние термокапиллярных эффектов на теплообмен при формировании струй в режиме Б в условиях слабого и умеренного испарения мало. В переходной области

теплообмена при слабом волновом движении и испарении в результате разрыва пленки термокапиллярные силы вызывают уменьшение теплоотдачи. Однако, при совместном влиянии термокапиллярных сил с волновыми эффектами (разрушение солитонов) и испарением резкого уменьшения теплоотдачи не происходит. Совместное влияние волнового движения и испарения не является аддитивным. Изменение величины не приводило к заметному изменению теплообмена в случае умеренной интенсивности испарения.

В режиме А струи формируются с верхнего края нагревателя, вызывая деформацию на всей поверхности пленки. В режиме Б формирование струй происходит в нижней части нагревателя. Деформация поверхности пленки над верхней частью нагревателя незначительна. В результате при формировании струй в режиме А теплообмен более чувствителен к испарению жидкости, чем в режиме Б.

выводы

1. Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики движения одиночных пузырей разного размера и их цепочек в неограниченном объеме жидкости в погруженных, выступающих и тупиковых каналах различной конфигурации. Впервые систематически исследован сложный характер влияния стенок канала на скорость всплытия пузырей. Новая критериальная обработка экспериментальных данных позволила количественно определить границы перехода между режимами всплытия пузырей с различной формой и гидродинамикой их обтекания. Выделены области преобладающего влияния капиллярных сил и вязкого трения. Получены обобщающие и модельные зависимости для определения скоростей всплытия пузырей в различных условиях.

2. Экспериментально исследован теплообмен при снарядном течении в погруженных в жидкость прямоугольных каналах. Установлено, что механизм теплоотдачи определяется главным образом нестационарным отводом тепла в жидкость за пузырем. Показано, что при эрлифтном движении пузырей в каналах малого сечения достигается на порядок более высокая интенсивность теплообмена по сравнению с естественной конвекцией. Создана теоретическая модель, описывающая гидродинамику и конвективный теплообмен при движении снарядных пузырей в погруженных каналах с учетом влияния начальных гидродинамических и тепловых участков.

3. Впервые обнаружен и исследован термокапиллярно-волновой режим формирования струй на поверхности неизотермической стекающей пленки жидкости с двумерными и трехмерными волнами. Локальные измерения толщины и температуры на поверхности пленки показали, что под действием термокапиллярных сил происходит утоньшение и сглаживание волновой пленки жидкости в межструйной области.

4. Впервые определены границы области возмущений, приводящих к формированию струйных течений в нагреваемой пленке жидкости. Показано, что искусственные возмущения на поверхности нагреваемой пленки жидкости, варьирование длины пробега пленки и интенсивности испарения позволяют изменить длину волны неустойчивости только в узком диапазоне, соответствующем области, в которой проявляются закономерности термокапиллярного и термокапиллярно-волнового механизмов формирования струй. Установлено, что границы этой области консервативны в отношении внешних факторов, а безразмерная длина волны неустойчивости определяется числом Рейнольдса пленки и модифицированным числом Марангони.

5. Выполнено комплексное исследование теплообмена к недогретой пленке жидкости при учете совместного влияния термокапиллярных и волновых эффектов, теплопроводности нагревателя и испарения. Построены

карты режимов течения и теплообмена. Измерение локальных температур и тепловых потоков позволило впервые зарегистрировать рост коэффициента теплоотдачи в области тонкой пленки жидкости между струями. В условиях значительного испарения обнаружена интенсификация среднего теплообмена при формировании структур. Показано, что термокапиллярно-волновое движение на поверхности жидкости увеличивает среднюю теплоотдачу до 70 % по сравнению с гладкой пленкой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Кутателадзе С.С., Маленков И.Г., Чиннов Е.А Результаты экспериментального изучения влияния стенок вертикального канала на скорость всплытия одиночных пузырьков разного размера // В кн.: Дисперсные системы в энергохимических процессах. - Новосибирск: - ИТ СО АН СССР. - 1982. -С. 3-19.

2. Volkov P.K., Chinnov E.A. Rise of spherical and ellipsoidal bubbles in an infinite pool of liquids // Heat Transfer Soviet Research. - 1983. - Vol.15, № 5. - P. 19-27.

3. Чиннов Е.А. Анализ всплытия одиночных пузырей в неограниченном объеме жидкости // В кн.: Современные проблемы теплофизики. -Новосибирск:

- ИТ СО АН СССР. - 1984. - С. 55-61.

4. Чиннов Е.А. Исследование влияния стенок цилиндрического вертикального канала на скорость всплытия одиночных газовых пузырей // В кн.: Теплофизика и гидродинамика в процессах кипения и конденсации. - Новосибирск: - ИТ СО АН СССР. - 1985.-С. 125-131.

,5. Волков П.К., Чиннов Е.А. Стационарное движение деформированного пузыря в ньютоновских жидкостях // В кн.: Моделирование процессов гид-рогазо-динамики и энергетики. - Новосибирск: - ИТ СО АН СССР. -1985. -С. 182-186.

6. Кутателадзе С.С., Маленков И.Г., Чиннов Е.А. Результаты экспериментального изучения влияния стенок вертикального канала на скорость всплытия одиночных пузырьков разного размера // В кн.: Материалы Всесоюз. Конф. Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации.

- Рига. - 1986. - T.IV Двухфазные потоки, ч. 2. - С. 87-96.

7. Подкорытов Д.Г., Чиннов Е.А. Экспериментальное исследование всплытия одиночных паровых пузырей в криогенных жидкостях // В кн.: Кипение и конденсация (гидродинамика и теплообмен). — Новосибирск: - ИТ СО АН СССР.-1986.-С. 59-65.

8. Маленков И.Г., Везиришвили Д.А., Чиннов ЕА Экспериментальное исследование механизма роста газовых (паровых) пузырей на единичных от-

верстиях при разных давлениях // В кн.: Кипение и конденсация (гидродинамика и теплообмен). - Новосибирск: - ИТ СО АН СССР. - 1986. - С. 1323.

9. Подкорытов Д. Г., Тимкин Л. С, Чиннов Е.А. Волоконно-оптический метод исследования криогенных сред // Известия СО АН СССР, Серия техн. наук. - 1988. - № 6. - С.119-126.

10. Волков П.К., Чиннов Е.А. Стационарное всплытие одиночного пузыря в неограниченном объеме жидкости // ПМТФ. - 1989. - №1. - С.94-99.

11. Chinnov E.A., Volkov P.K. Bubble motion in vertical channels // Proc. Int. Sem. Phase- Interphase Phenomena in Multiphase Flow. Dubrovnik. Yugoslavia. - 14-18 May 1990, Hemisphere Publishing Corporation. - 1991. - P. 301-313.

12. Чиннов Е.А., Кравченко Д.Н. Экспериментальное исследование гидродинамики движения цепочек пузырей в вертикальных капиллярных каналах // Известия СО АН СССР, Серия техн. наук. - 1990. - № 1. - С. 120-125.

13. Кабов О.А., Чишюв Е.А., Дятлов А.В. Кравченко Д.Н., Журавлев А.С., Резников Г. В. Теплообмен в жидкостных испарительных системах охлаждения суперкомпьютеров // В кн.: Теплообмен в электронном и микроэлектронном оборудовании. - Новосибирск: - ИТ СО РАН . - 1992. - С. 10-47.

14. Чиннов Е.А., Дятлов А.В., Кравченко Д.Н., Анисимов В.А. Интенсификация теплообмена движущимися пузырями при конвекции в вертикальных прямоугольных каналах, погруженных в жидкость // Теплообмен в электронном оборудовании. - Новосибирск: ИТ СО РАН. - 1992. - С. 47-60.

15. Чиннов Е.А., Дятлов А.В., Кравченко Д.Н. Исследование теплообмена при кипении диэлектрических жидкостей на нагревателях малых размеров в вертикальных погруженных каналах // Сибирский физико-технический журнал, Серия тех. наук. - 1992. - № 5. - С. 43-48.

16. Kabov OA, Chinnov E.A., Diatlov A.V., Kravchenko D.N., Reznikov G.V., Zhuravlev A.S. Heat transfer in evaporative cooling system of high performance computers // Proc. Int. Sem. Evaporative Cooling Systems of Electronic Equipment, V.E. Nakoryakov and O.A. Kabov Eds., Novosibirsk, Russia. - 19-22 August 1991. - 1993. - P. 92-121.

17. Chinnov E.A., Diatlov A.V., Kravchenko D.N. Two-phase flow effect on hydrodynamics and heat transfer for vertical rectangular channels // Proc. Int. Sem. Evaporative Cooling Systems of Electronic Equipment, V.E. Nakoryakov and O.A. Kabov Eds., Novosibirsk, Russia. - 19-22 August 1991. - 1993. - P. 339359.

18. Кабов О.А., Чиннов Е.А., Донин А.Г., Резников Г.В. Радиоэлектронное устройство//Патент № 1764199 Р.Ф. зарегистрирован 13 января 1993.

19. Чиннов Е.А., Дятлов А.В. Гидродинамика и конвективный теплообмен в погруженных прямоугольных каналах при движении пузырей // Теплофизика и Аэромеханика. - 1996. - Т.З, №3. - С. 287-295.

20. Chinnov E.A., Diatlov A.V., Kravchenko D. N. Enhancement of convectional heat transfer due to bubbles rising. - Journal of Enhanced Heat Transfer. - 1996. -Vol. 3,№3.-P. 177-185.

21. Kabov O.A., Chinnov E.A Heat transfer from a local heat source to a sub-cooled falling liquid film evaporating in a vapor-gas medium // Russian Journal Engineering Thermophysics. - 1997. - Vol. 7, № 1-2. - P. 1-34.

22. Kabov OA, Chinnov E.A. Hydrodynamics and heat transfer in evaporating thin liquid layer flowing on surface with local heat source // Proc. 11 th. Int. Heat Transfer Conference. - Kyongju, Korea. - 23-28 August, 1998. - Vol. 2. - P. 273-278.

23. Кабов О.А., Чиннов Е.А., Терещенко А.Г. Гидродинамика и теплообмен при движении тонкого слоя испаряющейся жидкости по поверхности с локальным источником тепла // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену, Москва. - 1998. - Т.4. - С.317-320.

24. Chinnov E.A. Model of heat transfer enhancement due to bubbles in submerged rectangular channels // Journal of Enhanced Heat Transfer. - 1999. - Vol. 6.-P. 369-381.

25. Kabov O.A., Chinnov E.A. Heat transfer, breakdown and crisis phenomena in subcooled falling liquid film // Proc. Appollonia 99, Bulgaria. - 1999. - P. 225234.

26. Chinnov E.A., Kabov O.A. Heat transfer from small size heaters to a falling liquid film // E.W.P. Hahne, W. Heidemann and K. Spindler Eds. 3-rd European Themal Sciences Conference, September 10-13, 2000, Heidelberg, Germany. -Vol. 1.-P. 275-280.

27. Кабов О.А., Кузнецов В.В., Марчук И.В., Пухначев В. В., Чиннов Е.А. Регулярные структуры при термокапиллярной конвекции в движущемся тонком слое жидкости // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2001. - № 9. - С. 83-89.

28. Кабов О.А., Чиннов Е.А. Теплообмен от локального источника тепла к недогретой пленке жидкости // Теплофизика высоких температур. - 2001. -Т. 39, № 5. - С. 758-768.

29. Chinnov E.A., Kabov О.A., Muzykantov A.V., Zaitsev D.V. Influence ofplate inclination on heat transfer and breakdown of locally heated flowing liquid film // Intern. Journal Heat and Technology.-2001.-Vol. 19, № 1.- P. 31-44.

30. Chinnov E.A., Zaitsev D.V., Sharina I.A., Marchuk I.V., Kabov O.A. Heat transfer and breakdown of subcooled falling liquid film on a middle size heater // Proc. of 5th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, 2001, September 24-28, Thessaloniki, Greece. - Vol. 3. -P. 1985-1990.

31. Chinnov E.A., Kabov OA, Marchuk I.V., Zaitsev D.V. Effect of thermocap-illary non-linear deformations on heat transfer and breakdown of falling liquid

films // Proc. 12th International Heat Transfer Conference, Grenoble, 18-23 August. - 2002. - Vol. 2. - P. 495-500.

32. Chinnov EA, Kabov O.A., Marchuk I.V., Zaitsev D.V. Heat transfer and breakdown of subcooled falling liquid film on a vertical middle size heater // Intern. Journal Heat and Technology. - 2002. - Vol. 20, № 1. - P. 69-78.

33. Чиннов Е.А., Кабов О.А., Марчук И.В. Формирование струйных течений при стекании нагреваемой пленки жидкости // Третья Российская национальная конференция по теплообмигу, Москва. М.: Изд-во Моск. энерг. Инта. - 2002. - Т. 4. - С. 331-334.

34. Чиннов Е.А., Кабов О.А. Формирование струйных течений при гравитационном стекании волновой нагреваемой пленки жидкости // ПМТФ. — 2003. -Т. 44, №5.-С. 128-137.

35. Зайцев Д.В., Чиннов Е. А., Кабов О.А., Марчук И.В. Экспериментальное исследование волнового течения пленки жидкости по нагреваемой поверхности // Письма в ЖТФ. - 2004. - Т. 30, вып. 6. - С. 31-37.

36. Чиннов Е.А., Кабов О.А. Влияние трехмерных деформаций на локальный теплообмен к неоднородно нагреваемой стекающей пленке жидкости // Теплофизика высоких температур. — 2004. — Т. 42, № 2. — С. 269-278.

Рис. 1. Схема стенда для исследования гидродинамики движения пузырей:

1 - рабочий объем, 2 - канал, 3, 4 -цилиндрические линзы, 5 - щель, 6 - фотодиоды, 7 - диафрагма, 8 - видеокамера, 9 - калиброванное отверстие, 10 - прерыватель, 11 -воронка, 12 - бюретка, 13 - зеркало.

Рис. 2. Схема оптического гелиевого криостата: 1 - криостат, 2 - азотный экран,

3 - экранирующий стакан,

4 - генераторы пузырьков,

5 - волоконно-оптический датчик,

6 - термопара, 7 - манометр, 8 - вакуумметр, 9 - штанга, 10 - рабочий участок.

Рис. 3. Схема экспериментальной установки Рис 4. Схема рабочего уча-«Неизотермическое течение пленки жидкости»: стка: 1-нагреватель, 2 -А - амперметр, М - манометр, Т - термопары, пленкоформирователь, 3 -V - вольтметр. емкостные датчики.

Рис. 5. Всплытие одиночных пузырей в Рис. 6. Скорость всплытия пузырей прямоугольных каналах в воде. в трубах разного диаметра в воде.

Рис. 9. Диаграмма изолиний числа Fr, неограниченный объем.

Рис. 10. Диаграмма всплытия одиночных пузырей в трубах к=0.8.

Рис. 11. Влияние всплытия пузырей на интенсивность теплоотдачи: 1 - прямоугольные каналы, вода (собственные данные), 2 - прямоугольный канал (Monde et al., 1989), 3,4 - цепочка пузырей для è=2.5 и 50 мм (Tamari, Ni-shikawa, 1976), 5 - обтекание горизонтального цилиндра (Шкловер и др., 1988).

Рис. 12. Влияние частоты следования пузырей Рис. 13. Схема теплообмена и площади сечения канала на интенсивность при движении пузырей в

теплоотдачи.

прямоугольном канале.

Рис. 14. Зависимость от г, рассчитанная Рис. 15. Сравнение опытных для канала сечением 10х 1.9 мм, вода. данных с расчетом.

Рис. 16. Карта режимов течения пленок воды по нагревателям размерами 60 х120 мм и 150x150 мм.

сухие пятна

1 » 1 I

1 » 1 г 111» 1 » 1 » \ * 1 » /ч » 1 Г\ г \ г Г\ »

/

Лч М

# ч /Ч /

К

б)

> 1

I

! I

; <

1 в)

Рис. 18. Распределение температуры (а), касательных напряжений (б) и деформаций (в) на поверхности пленки воды, нагреватель размером 150x150 мм, 11е=10.4,9=0.6 Вт/см2, Хп=А2 мм.

,1.8 § 1.6 1.4 1.2 1

0.8 0.6 0.4 0.2 0

Л

♦ ыежстр} иная область. Хп= 120 мч

X окрестность стр> и. Хп="120 мч

I стр> «, Хп=200 мч

0.25 0.5 0.75 1 1.25 вт/см'

д1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 06 0.4 0.2 0

► ♦ ♦ —♦-

♦ ♦ ♦ -♦

;—Ь— 1- -^Ий, А

♦ стр)я, Хг>=200 мм

ДмеАстр>Йная область, Хп=120 мм

□окрестность струи, Хп»120му

0.5

1 <?, Вт/см2

Рис. 19. Течения пленки воды, Яе=22.3, Х„=120 мм. а) фото, ц - 0.92 Вт/см2, б) толщина, в) профиль волны в струе, г) безразмерная амплитуда.

Рис. 20. Обобщение опытных данных по Рис. 21. Безразмерная карта формированию структур в режиме А. режимов.

Рис. 22. Влияние Яе на безразмерное расстояние между струями.

Рис. 23. Режимы теплообмена, нагреватель 60x120 мм, FC-72, Re=50.

Рис. 24. Распределение локальной Рис.25. Зависимость относительной плотности теплового потока на величины плотности теплового потока нагревателе 150х 150 мм. расходуемого на испарение воды от Re

10

3 г 1 --- -1- + — - X РС72,То=30С — — испарение, расчет

-[ —1— —к £ 1

1 й 7д № т> а

0.1 АЛшазап « Ы (1998;

0.01 , ППП1 □ вода.Хп=63мм ....... н^сселы с у«том

1„— - - -

:----- - - — _ - -— — _ - испарения д вода, Хп=396 мм

-- — — - --- -- — - — -

1 10 Ре 1( ю

Рис. 26. Зависимость N11 от Яе, нагреватель 60х 120 мм.

Рис. 27. Влияние Хп на теплообмен, Яе=22, вода.

Рис. 28. Распределение температуры на поверхности пленки воды при Яе=44, q= 19400 Вт/м2.

а) б)

Рис. 29. Влияние структур в режиме А (а) и в режиме Б (б) на теплообмен.

»16639

Подписано к печати 30 августа 2004 г. Заказ № 116 Формат 60/84/16. Объем 2 уч.-изд. л. Тираж 130 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. Акад. Лаврентьева, 1

Список обозначений

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Гидродинамика мало масштабных газожидкостных течений при естественной циркуляции

1.1.1 Всплытие пузырей в покоящейся жидкости

1.1.2 Двухфазный поток в каналах

1.1.3 Течение пленки жидкости

1.2 Теплообмен при локальном тепловыделении

1.2.1 Влияние всплытия пузырей на теплообмен

1.2.2 Теплообмен в стекающей пленке жидкости

1.2.3 Кипение и кризис теплообмена в пленках жидкости и на локальных нагревателях

1.3 Экспериментальные методы РОССИЙСКАЯ

1.4 Постановка задач исследования государственна^

БИБЛИОТЕКА

2. Методика и техника эксперимента t г r~ s\ f\ Г\ Г ^

2.1 Описание экспериментальных установок "/ И Э 1 У / С/ О ^ 2.1.1. Гидродинамика всплывающих пузырей

2.1.2 Оптический криостат П

2.1.3 Конвективный теплообмен при движении пузырей

2.1.4 Кипение и кризис на локальном нагревателе :"

2.1.5 Неизотермическое течение пленки жидкости 82 . 1.6 Гидродинамика и теплообмен в пленке жидкости на малых нагревателях

2.1.7 Рабочие участки с нагревателями среднего размера •

2.2 Методики и особенности исследований

2.2.1 Выбор рабочих жидкостей

2.2.2 Определение граничных условий, расчет поля температур в нагревателях

2.2.3 Контролирование равномерности пленок жидкости и расходов газовой фазы

2.2.4 Тарировочные эксперименты по теплообмену

2.2.5 Визуализация течения жидкости и поля температур

2.2.6 Определение и измерение среднемассовой температуры пленки жидкости

2.2.7 Контроль испарения на поверхности стекающей пленки жидкости *

2.2.8 Волоконно-оптический метод измерения толщины пленки жидкости и регистрации двухфазной границы

2.2.9 Емкостный метод измерения толщины неизотермической пленки жидкости

2.3 Результаты главы

3. Гидродинамика всплытия пузырей 140 3.1 Влияние геометрии и положения каналов на движение пузырей

3.1.1 Всплытие пузырей в погруженных и выступающих каналах

3.1.2 Всплытие одиночных пузырей в неограниченном объеме жидкости и тупиковых цилиндрических каналах 144 3.1.3 Всплытие пузырей в циркуляционных системах. Сравнение и анализ скоростей движения

3.2 Моделирование и анализ всплытия одиночных пузырей в неограниченном объеме жидкости и тупиковых цилиндрических каналах

3.2.1 Постановка задачи и анализ размерности

3.2.2 Неограниченный объем

3.2.3 Влияние стенок канала

3.3 Моделирование течения в погруженных каналах при движении пузырей

3.4 Результаты главы

4. Интенсификация теплообмена в двухфазных системах с естественной циркуляцией

4.1 Конвективный теплообмен при движении пузырей в прямоугольных погруженных каналах.

4.2 Модель конвективного теплообмена при движении пузырей в прямоугольных погруженных каналах *

4.3 Исследование теплообмена и кризиса при кипении диэлектрических жидкостей на нагревателях малых размеров в вертикальных каналах

4.4 Результаты главы ^

5. Формирование струйных течений при движении пленки жидкости по неизотермическим поверхностям ^ "

5.1. Режимы течения пленок жидкости

5.1.1 Течение пленок по нагревателям средних размеров

5.1.2 Изменение волнового .течения на поверхности пленки

5.1.3 Течение пленок по нагревателям малых размеров

5.2. Формирование струй ^

5.2.1 Трехмерные неоднородности на поверхности пленки жидкости

5.2.2 Длина волны возмущений и расстояние между струями

5.2.3 Градиенты температуры и термокапиллярные касательные напряжения на поверхности пленки воды

5.2.4 Измерение толщины пленки жидкости и волновых характеристик при формировании струй

5.2.5 Влияние, внешних возмущений, испарения и угла наклона

5.3 Анализ, сравнение и обобщение опытных данных

5.3.1. Механизмы влияния термокапиллярных сил на гидродинамику стекающей пленки жидкости

5.3.2. Обобщение опытных данных

5.4 Результаты главы

6. Теплообмен в стекающей пленке жидкости

6.1 Режимы теплообмена

6.1.1 Течение пленок FC-72 и воды по нагревателю 150х 150 мм

6.1.2 Течение пленок воды и FC-72 по нагревателю 60x120 мм

6.1.3 Режимы теплообмена при течении пленок МД-ЗФ по нагревателю 6.5x1 Змм

6.1.4 Режимы теплообмена при течении пленок МД-ЗФ по нагревателю размером 2.22x68 мм

6.1.5 Характеристики и особенности основных режимов теплообмена

6.2 Основные параметры и критерии, характеризующие теплообмен в пленке жидкости

6.2.1 Сравнение с известными зависимостями

6.2.2 Основные факторы, влияющие на теплообмен в пленке 285 6.2.2 Безразмерные критерии. Область их влияния

6.3 Теплообмен в гладкой пленке жидкости

6.3.1 Теплообмен в пленке жидкости, стекающей по нагревателю 150x150 мм

6.3.2 Теплообмен в пленке жидкости, стекающей по нагревателям малого размера

6.3.3 Моделирование влияния термокапиллярных сил на теплообмен в стекающей пленке жидкости

6.4 Теплоотдача к пленке жидкости с трехмерными деформациями

6.4.1 Локальный теплообмен

6.4.2 Условно локальный теплообмен

6.4.3 Осредненный теплообмен

6.5 Результаты главы

Выводы

Постановка проблемы и ее актуальность.

Основаниями данной работы стали как чисто фундаментальные проблемы (динамика движения одиночных газовых образований, капиллярные эффекты при взаимодействии пузырей со стенками каналов, термокапиллярные эффекты при локальном нагреве пленки, неустойчивость течения пленки жидкости и формирование струй на ее поверхности), так и научно-технические проблемы (интенсификация теплообмена, охлаждение и термостабилизация).

Исследовались течения с естественной циркуляцией, вызванные действием гравитации. В работе рассматриваются газожидкостные потоки с характерным масштабом, занимающим промежуточное значение между широко используемыми в энергетике и технике течениями с внутренней и внешней сторон протяженных труб, как правило, длиной несколько метров и диаметром 40-200 мм и течениями в микроканалах, имеющими характерный поперечный размер менее 0.2 мм, применяемыми в микроэлектронике, медицине, криогенной и холодильной технике. Минимасштабность (соизмеримость геометрических масштабов, в направлении поперечном основному течению, с внутренними масштабами газожидкостных систем (Кутателадзе, 1982)) приводит к рассмотрению газожидкостных Гпотоков;'; с выделенными и локализованными фазами (одиночные пузыри, пленки, струи).

Исследовались течения в непротяженных каналах и на поверхностях, длиной, как правило, менее 0.5 метра, что в некоторых случаях приводило к необходимости учета начального участка течения жидкости. Использование нагревательных элементов относительно малого размера было вызвано, как необходимостью моделировать отвод тепла от элементов микроэлектроники, так и желанием создать максимальные \ температурные градиенты, недостижимые на протяженных нагревателях. При этом становилось существенным влияние начального теплового участка.

Особенностью исследований было изучение процессов при малых числах Рейнольдса (Re<1000). Поэтому в работе рассматриваются в основном ламинарные течения.

Экспериментальное и теоретическое исследование гидродинамики всплытия пузырей в погруженных и тупиковых каналах разной конфигурации важно для понимания механизма влияния жесткой границы и условий организации течения в каналах на форму и динамику замкнутых газовых образований. Переход от пузырькового к снарядному и пленочному (кольцевому) течениям при кипении и испарении сопровождается сложным влиянием капиллярных сил, вызывающих перестройку течений. При движении пузырей вблизи твердой стенки с локальным нагревателем существенными становятся нестационарные эффекты, вызванные создаваемыми пузырями возмущениями. При локальном нагреве пленки жидкости возникают значительные поверхностные градиенты температуры, приводящие к термокапиллярным эффектам, вызывающим образование устойчивых регулярных структур (Кабов, 1994, 1999), исследование которых имеет фундаментальное значение.

Актуальность проводимых исследований определялась необходимостью охлаждения микроэлектронного оборудования, интенсификации теплообмена на сложных структурированных поверхностях при выпаривании и конденсации, а также необходимостью совершенствования компактных теплообменников.

Исследования теплообмена в испарительно-конденсационных системах термостабилизации микроэлектронного оборудования проводятся в лаборатории Интенсификации процессов теплообмена с 1988 г. В 1988-1993 гг. основное внимание было сосредоточено на исследовании гидродинамики и механизма теплообмена в элементах систем охлаждения Супер-ЭВМ. Анализ существующих подходов и методов к этой проблеме содержится в работе (Kabov, Chinnov et а]., 1993).

Среди большого класса систем охлаждения микроэлектронного оборудования выделяются два типа систем охлаждения: погружные и пленочные. В отличие от многих других систем, например с разветвленной схемой вынужденного движения жидкости, которые были нацелены на охлаждение Супер-ЭВМ, эти два типа в большей степени сохранили свою актуальность и могут быть использованы также для охлаждения отдельных наиболее энергонапряженных электронных блоков и модулей. В последнее время в связи с ростом быстродействия персональных ЭВМ становится актуальным использование жидкостных систем для охлаждения процессоров.

В погружных системах охлаждения отвод тепла от локального источника происходит в заполненных жидкостью камерах за счет естественной конвекции. На наиболее теплонапряженных участках возможно кипение жидкости и кризис теплоотдачи. Интенсивность теплоотдачи лимитируется кризисом теплоотдачи. В конвективной области и в начальной стадии кипения может значительно возрастать перегрев поверхности нагрева. Поэтому важным является изучение кипения и кризиса теплоотдачи на нагревателях малого размера, гидродинамики движения газовых пузырей в погруженных каналах и влияния газовых пузырей на интенсификацию теплообмена от локальных нагревателей.

Охлаждение больших интегральных схем с помощью стекающих пленок жидкости, также является актуальным, так как имеет ряд преимуществ по сравнению с использованием естественной и вынужденной конвекции к однофазной, жидкости, кипения и натекающих струй. В рассматриваемых вариантах пленочных систем охлаждения микроэлектронного оборудования, опубликованных в работах: (Agonafer. et al., 1968), (Mudawwar et al., 1987) и (Kabov et al., 1995), жидкость стекает под действием гравитации по вертикально расположенным печатным платам с чипами. Передача тепла возможна как при испарении или кипении, так и при конвективном теплообмене к недогретой до температуры насыщения пленке жидкости. Толщина стекающей пленки диэлектрической жидкости составляет порядка 0.1-1.5 мм, что позволяет использовать в системе охлаждения малое количество жидкости. Конвективный теплообмен в тонкой пленке обеспечивает достаточно высокий коэффициент теплоотдачи. На поверхности теплообмена отсутствуют пульсации давления и температуры, характерные для кипения жидкости.

Процессы в тонких пленках жидкости широко используются в испарительно-конденсационных системах, так как обеспечивают высокую интенсивность процессов тепло-массопереноса и значительную поверхность контакта фаз при малых удельных расходах. Гравитационно стекающие пленки применяются в испарителях низкого давления при концентрировании пищевых продуктов, в аппаратах для опреснения морской воды и в ректификационных колоннах. Интенсивность теплоотдачи при испарении возрастает с уменьшением толщины пленки жидкости, но использование слишком тонких пленок жидкости недопустимо в силу повышения вероятности ее разрыва и возникновения кризиса теплоотдачи. Стекающие пленки подвержены и волновым процессам, вызванным их неустойчивостью, что приводит к неравномерному орошению и протяженным участкам тонкой пленки с ламинарным течением при' достаточно больших средних расходах жидкости. Исследования нагрева пленок при малых числах Рейнольдса (Re<2) крайне малочисленны. Основной задачей совершенствования испарителей низкого давления является интенсификация процессов тепло-массообмена и повышение устойчивости стекающих пленок к разрывам. Особенностью стекания пленок по негладким поверхностям является неоднородность их нагрева. Неоднородность нагрева жидкости также имеет место при волновом движении пленок. Неравномерность плотности теплового потока к стекающей по внутренней поверхности гладкой трубы пленке может быть вызвана оребрением наружной поверхности для интенсификации теплоотдачи. На практике ребра могут иметь разный размер и расположение. Поэтому важно исследовать влияние размеров тепловыделяющих элементов на гидродинамику и теплообмен.

Основные понятия и факторы, влияющие на процесс.

Определим основное понятие, используемое в данной работе, мало масштабные газожидкостные течения. Все известные газожидкостные течения можно разбить на три класса:

- крупномасштабные, когда характерный поперечный основному течению размер более десяти капиллярных постоянных $ ,«>•

- микромасштабные, когда характерный поперечный основному течению размер менее десятой части капиллярной постоянной

- и маломасштабные 0.1 1СТ<В< 10

Ограниченность по рассматриваемым числам Рейнольдса приводит к следующим ограничениям для маломасштабных течений В<501уи Кроме того, в маломасштабных газожидкостных течениях, существенным будет влияние начальных гидродинамических и тепловых участков. >-v ^

Наиболее важными характеристиками рассматриваемых процессов являются поверхностные силы, оказывающие определяющее воздействие на поведение межфазной границы в условиях относительно слабых динамических эффектов. Поверхностные силы традиционно делятся на действующие по нормали к поверхности (лапласовское давление) и по касательной (силы определяемые градиентом коэффициента поверхностного натяжения вдоль поверхности). В свою очередь касательные напряжения, определяемые градиентом коэффициента поверхностного натяжения вдоль поверхности, могут возникать в результате действия трех основных факторов: влияния поверхностно-активных веществ, изменения коэффициента поверхностного натяжения в многокомпонентных жидкостях за счет изменения концентрации одного из компонент вблизи поверхности раздела и в результате зависимости коэффициента поверхностного натяжения от температуры. Первые два в данной работе не рассматриваются. Более того, предпринимались действия для устранения их возможного влияния.

Целью работы является исследование гидродинамики и теплообмена в ламинарных минимасштабных естественно циркуляционных пузырьковых и пленочных течениях при влиянии капиллярных и термокапиллярных эффектов, раскрытие механизмов и изучение основных закономерностей рассматриваемых явлений.

Научная новизна работы заключается в том, что автором впервые:

Выполнены систематические исследования гидродинамики всплытия пузырей в погруженных и тупиковых каналах. Изучено влияние стенок канала на форму и ^ скорость всплытия пузырей в широком диапазоне изменения параметров.

В результате специально выполненных экспериментов и ' сопоставления с численными расчетами определены границы режимов всплытия пузырей с разной формой в неограниченном объеме жидкости. Определены границы перехода к области неустойчивого спиралевидного движения пузырей. Детально исследован переход от пузырькового к снарядному движению пузырей в каналах. Данные по деформации и образованию вихревых течений жидкости за пузырем сопоставлены с ' численными расчетами.

Для обобщения и анализа опытных данных по всплытию пузырей предложено использовать новый тип диаграмм с безразмерными координатами. При \ моделировании движения пузырей в погруженных каналах учтено влияние начального гидродинамического участка. Получены обобщающие и модельные зависимости для определения скоростей всплытия пузырей в различных условиях.

Выполнены систематические исследования конвективного теплообмена при всплытии пузырей в погруженных прямоугольных каналах разной формы. Тщательно контролировались параметры газожидкостного потока (размеры пузырей и их идентичность, дистанции между пузырями). Интенсивность теплоотдачи измерялась в разных точках по высоте нагревательного элемента в канале, что позволило получить информацию о влиянии вплывающих пузырей на теплообмен в широком диапазоне изменения режимных параметров.

Для описания интенсификации теплообмена в погруженных каналах предложена теоретическая модель1, учитывающая как нестационарный характер процесса (влияние частоты следования пузырей, времен движения пузыря в канале и вблизи поверхности нагрева), так и влияние усредненных стационарных характеристик (наведенной циркуляции жидкости в канале и теплообмена на начальном участке канала).

Исследовано формирование регулярных струй при течении пленки жидкости с двухмерными и трехмерными волнами. Выделены области внезапного возникновения устойчивых регулярных структур на поверхности гладкой пленки жидкости и формирования струй при распаде двумерных волн на трехмерные или по гребням трехмерных волн.

Исследованы различные режимы влияния плотности теплового потока и числа Рейнольдса пленки на расстояние между струями. В результате анализа экспериментального материала показано, что имеет место * два механизма формирования струй - термокапиллярный и термокапиллярно-волновой.

Показано, что при термокапиллярно-волновом механизме струи формируются на неоднородностях в толщине пленки. С увеличением плотности теплового потока пленка жидкости в межструйной области становится более гладкой, амплитуда волн и пульсаций температуры уменьшается. Трехмерные волны распространяются по гребням струй. С ростом теплового потока толщина пленки и амплитуда волн увеличиваются. Определяющим является изменение толщины пленки под действием термокапиллярных сил при формировании струй. Амплитуда волны подстраивается под это изменение в соответствии с увеличением толщины пленки (фокального числа Рейнольдса).

Показано, что искусственные механические и температурные возмущения нагреваемой гргенки жидкости, варьирование длины пробега пленки и интенсивности испарения позволяют изменить длину волны неустойчивости только в узком диапазоне, соответствующем области, в которой проявляются закономерности термокапиллярного и термокапиллярно-волнового механизмов формирования струй. Установлено, что границы этой области консервативны в отношении внешних факторов, а безразмерная длина волны неустойчивости определяется числом Рейнольдса пленки и модифицированным числом Марангони.

Обнаружено влияние длины нагревателя на величину плотности теплового потока, при которой происходит формирование структур. Выполнено обобщение опытных данных по формированию структур и разрыву пленки с учетом влияния испарения.

Экспериментально показано, что термокапиллярные силы приводят к снижению интенсивности среднего стабилизированного конвективного теплообмена при течении двумерной пленки жидкости и формировании струй.

Выполнено исследование локального теплообмена. Измерено распределение температур на поверхности трехмерной волновой пленки жидкости при формировании струй. Обнаружено увеличение локального коэффициента теплоотдачи в области тонкой пленки жидкости между струями.

В условиях значительной интенсивности испарения обнаружена интенсификация среднего теплообмена при формировании структур. Показано, что существенное увеличение теплообмена при формировании струй на поверхности пленки жидкости до и после разрыва определяется влиянием испарения.

Обнаружено, что под действием термокапиллярных сил происходит распад крупных солитонообразных волн на струи. Рост волновой динамики за счет ' увеличение длины пробега пленки и интенсивности испарения приводит к смыванию сухих пятен и интенсификации теплообмена. Показано, что термокапиллярно-волновое движение пленки жидкости увеличивает теплоотдачу на 25-70 % при 20<Re<100. < .>»

Совокупность полученных результатов и сделанные на их основе обобщения и выводы, являются вкладом в развитие нового научного направления капиллярной термо-гидродинамики.

Достоверность полученных данных подтверждена оценкой величины ошибок измерений, постановками специальных тестовых экспериментов, систематическим (комплексным) исследованием проблемы, сравнением с экспериментальными и теоретическими результатами других авторов. Используемые экспериментальные методики обеспечивали взаимодополнение и независимый контроль. В частности измерение толщины пленки осуществлялось двумя независимыми методами -волоконно-оптическим и емкостным.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты и разработанные на их основе физические модели, а также обобщающие расчетные соотношения позволяют осуществлять научно обоснованный выбор оптимальных параметров технологических процессов, а также могут быть использованы при создании новых методов расчета двухфазных течений. Отдельные результаты работы вошли в монографии и использовались при чтении общеобразовательных курсов в ВУЗах. Работа выполнялась в соответствии с планом фундаментальных исследований Института теплофизики СО РАН. Отдельные ее части проводились для выполнения хозяйственных договоров с Российскими и зарубежными фирмами, а также Российских и международных грантов.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 59 печатных работ. Результаты работы докладывались автором на I Всесоюзной конференции "Теплофизика и гидрогазодинамика процессов кипения и конденсации" (Рига 1982), Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" (Новосибирск 1988), Int. Sem. Phase-Interphase Phenomena in Multiphase Flow (Dubrovnik 1990), VIII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград 1990), международном семинаре "Испарительные системы охлаждения электронного оборудования" (Новосибирск 1991), II международном семинаре "Охлаждение электронного оборудования" (Новосибирск 1993), NATO Advanced Study Institute on Energy Conservation Through Heat Transfer Enhancement of Heat Exchangers (Turkey 1998), XXVI Сибирском теплофизическом семинаре (Новосибирск 2002), Всероссийской конференции "Теория и приложения задач со свободными границами" (Бийск 2002), Третьей российской национальной конференции по теплообмену (Москва 2002), на научных семинарах под руководством академика Накорякова В.Е. (ИТ), академика Шемякина Е.И. (МГУ), член-корр. Алексеенко С.В. (ИТ), член-корр. Пухначева В.В. (ИГ).

Личное участие автора. Данная работа выполнена в лабораториях «Теплообмена при фазовых переходах» (1978-1987, заведующий академик С.С. Кутателадзе) и «Интенсификации процессов теплообмена» (1988-н/в, заведующий д.ф.-м.н. О.А. Кабов.) Института теплофизики СО РАН. В диссертацию включены экспериментальные результаты, полученные автором на стендах, в проектировании которых он принимал непосредственное участие, либо индивидуально, либо под его руководством с помощью студентов, аспирантов и сотрудников лаборатории интенсификации процессов теплообмена. Используемые в диссертации физические модели, обобщения, эмпирические формулы и аналитические решения, получены автором. Численные расчеты, используемые в работе, получены с применением стандартных пакетов или выполнены д.ф.-м.н. Волковым П.К. и к.ф.-м.н. Марчуком И.В. и содержатся в совместных публикациях.

1. Обзор литературы

Гидродинамике и теплообмену двухфазных течений посвящено огромное количество как теоретических, так и экспериментальных работ. Даже краткое их упоминание требует слишком большого объема.

Как отмечено во введении, будут рассматриваться газожидкостные течения с характерным поперечным масштабом соизмеримым с капиллярной постоянной, как правило, в не Слишком протяженных каналах при ламинарном течении. В обзоре основное внимание будет направлено на рассмотрение безнапорных, естественно циркуляционных, режимов течения, когда скорости газа и жидкости невелики.

Подавляющее большинство публикаций по исследованию двухфазных течений основано на получении осредненных данных о процессе, их анализе и дальнейшем теоретическом описании. Как правило, в таких исследованиях рассматриваются стационарные процессы для весьма протяженных каналов и нагреваемых или охлаждаемых поверхностей. К этому классу работ относятся в первую очередь ранние экспериментальные исследования двухфазных потоков. Для теоретического описания газожидкостных потоков использовались модели гомогенных (Lockhart, MartinellL,. 1949) и раздельных течений (Уоллис, 1972), взаимопроникающих континуумов' (Нигматулин, 1987). В настоящее время такой подход применяется для расчета двухфазных теплообменников и промышленных аппаратов (Webb, 1994). Анализ теплообмена в двухфазных системах во многих современных работах также, базируется на осредненных характеристиках процесса. Эти публикации в обзоре рассматриваться не будут.

Другие исследования направлены на рассмотрение таких эффектов двухфазных течений, где существенно влияние дискретных параметров процесса: размеров^ пузырей, нагревательных элементов, размеров каналов, характеристик пленочных течений, размеров структур, возникающих при термокапиллярной конвекции и так далее. Такой подход направлен на исследование детальных физических механизмов процесса и традиционно развивается в Институте теплофизики в работах Алексеенко, Волкова, Гогонина, Кабова, Кашинского, Накорякова, Павленко и др. Из российских и зарубежных публикаций можно отметить работы Ганчева, Durst, Hewitt, Monde, Mudawwar и др.

В обзоре будут рассмотрены газо-жидкостные течения, вызванные влиянием гравитации, с ограниченным количеством газовых включений. Будет проанализировано всплытие одиночных пузырей и их цепочек в покоящейся жидкости. Рассмотрены эффекты, связанные с наведенной циркуляцией жидкости, течением в барботажных колоннах и погруженных каналах. Течения с вынужденным движением фаз примыкают к движению в погруженных каналах и будут обсуждены отдельно. Подробно будет рассмотрена гидродинамика и теплообмен при течении пленки жидкости и влияние всплытия пузырей на теплообмен, а также кипение и кризис теплообмена в пленках жидкости и на локальных нагревателях. Будет обсуждено развитие экспериментальных методов исследования двухфазных потоков и в частности пленочных и пузырьковых течений.

Выводы

1. Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики движения одиночных пузырей разного размера и их цепочек в неограниченном объеме жидкости в погруженных, выступающих и тупиковых каналах различной конфигурации. Впервые систематически исследован сложный характер влияния стенок канала на скорость всплытия пузырей. Новая критериальная обработка экспериментальных данных позволила количественно определить границы перехода между режимами всплытия пузырей с различной формой и гидродинамикой их обтекания. Выделены области преобладающего влияния капиллярных сил и вязкого трения. Получены обобщающие и модельные зависимости для определения скоростей всплытия пузырей в различных условиях.

2. Экспериментально исследован теплообмен при снарядном течении в погруженных в жидкость прямоугольных каналах. Установлено, что механизм теплоотдачи определяется главным образом нестационарным отводом тепла в жидкость за пузырем. Показано, что при эрлифтном движении пузырей'в каналах малого сечения достигается на порядок более высокая интенсивность теплообмена по сравнению с естественной конвекцией. Создана теоретическая модель, описывающая гидродинамику и конвективный теплообмен при движении снарядных пузырей в погруженных каналах с учетом влияния начальных гидродинамических и тепловых участков. •

• >

3. Впервые обнаружен и исследован термокапиллярно-волновой режим формирования струй на поверхности неизотермической стекающей пленки жидкости с двумерными и трехмерными волнами. Локальные измерения толщины и температуры на поверхности пленки показали, что под действием термокапиллярных сил происходит утоньшение и сглаживание волновой пленки жидкости в межструйной области.

4. Впервые определены границы области возмущений, приводящих к формированию струйных течений в нагреваемой пленке жидкости. Показано, что искусственные возмущения на поверхности нагреваемой пленки жидкости, варьирование длины пробега пленки и интенсивности испарения позволяют изменить длину волны неустойчивости только в узком диапазоне, соответствующем области, в которой проявляются закономерности термокапиллярного и термокапиллярно-волнового механизмов формирования струй. Установлено, что границы этой области консервативны в отношении внешних факторов, а безразмерная длина волны неустойчивости определяется числом Рейнольдса пленки и модифицированным числом Марангони.

5. Выполнено комплексное исследование теплообмена к недогретой пленке жидкости при учете совместного влияния термокапиллярных и волновых эффектов, теплопроводности нагревателя и испарения. Построены карты режимов течения и теплообмена. Измерение локальных температур и тепловых потоков позволило впервые зарегистрировать рост коэффициента теплоотдачи в области тонкой пленки жидкости между струями. В условиях значительного испарения обнаружена интенсификация среднего теплообмена при формировании структур. Показано, что термокапиллярно-волновое движение на поверхности жидкости увеличивает среднюю теплоотдачу до 70 % по сравнению с гладкой пленкой.

321

1. Авдеев А.А. Гидродинамика барботажа // Теплоэнергетика. 1983, № 11. — С. 42-46.

2. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М: Мир, 1979. - 568 с.

3. Аксельрот JI.C., Воротникова Н.И. Теплоотдача от стенки одиночной трубы к барботажному потоку // Известия ВУЗов, Нефть и газ. 1976, № 1. - С. 73-75.

4. Алексеенко С.В., Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г. Волны на поверхности вертикально стекающей пленки жидкости: Препринт № 36 79.- Новосибирск ИТ СО РАН СССР. - 1979. - 51 с.

5. Алексеенко С.В., Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г. Волновое течение пленок жидкости. -Новосибирск: ВО "Наука". Сибирская издательская фирма, 1992. 256 с.

6. Алексеенко С. В., Назаров А. Д., Павленко А. Н., Серов А. Ф., Чехович В. Ю. Течение пленки жидкости по вертикальной поверхности // Теплофизика и аэромеханика. — 1997. Т. 4, № 3. - С. 307-318.

7. Аменицкий А.Н., Ринкевичус Б.С., Фабрикант В.А. Измерение распределения скоростей в пленке жидкости с помощью ОКГ // ТВТ. 1969. -Т.7, №5. — С. 10391041.

8. Белов И.В., Еловиков Г.Н., Окулов Б.Е. Стационарная скорость всплытия одиночных пузырей в некоторых жидкостях // В кн: Тепло и массообменные процессы в ваннах сталеплавильных агрегатов. М. 1974. - С. 85-92.

9. Бейнусов А.Г, Хозе А.Н., Челкас А.Я. К вопросу об изучении гидродинамики двухфазного течения в узком канале // Известия АН СССР, МЖГ. 1978, № 2. - С. 170-174.

10. Беседин С. М. Экспериментальные методы исследования волнового течения тонких пленок жидкости П Физическая гидродинамика и теплообмен сборник научных трудов. - Новосибирск: ИТ СО РАН СССР. - 1978. - С. 17-21.

11. Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. Свойства рабочих веществ теплоносителей и материалов, используемых в холодильной технике. JL: Ленингр. ун - т, 1972. - 148 с.

12. Борисов В. 3., Кириллов П. JI. Экспериментальное исследование механизма переноса тепла при одиночном центре генерации пузырей // Инж.-физ. журн.- 1970. Т. 28, № 4.-С. 910-916.

13. Борисов В. 3., Кириллов П. JI. Процесс кипения при одном центре парообразования // Вопр. теллофизики атом, реакторов.- М.: Атомиздат, 1968. С. 138 - 143.

14. Бурдуков А.Р., Дорохов А.Р., Казаков В.И. Совместный телло- и массоперенос в динамическом двухфазном слое // Тепло- и массоперенос в абсорбционных аппаратах. Новосибирск: Издание Ин-та теплофизики СО АН СССР. - 1979.- С. 30 - 48.

15. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. - 303 с.

16. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2 изд. дополи, и перераб. - М.: Наука, 1972. - 720 с.

17. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов А.А., Тоцкий Е.Е., Теплопроводность жидкости и газов. М.: Из - во стандартов, 1978. - 472 с.

18. Веларде М., Кастилло Дж. Явления переноса и реакции, приводящие к межфазной неустойчивости // Гидродинамика межфазных поверхностей, под ред. Ю.А.Буевича и JI.M. Рабиновича.- М.: Мир, 1984.- С. 157-194.

19. Воинов 0. В., Петров А. Г. Движение пузырей в жидкости // Итоги науки и техники. Механика жидкости и газа.- 1976.- Т. 10.- С. 86.

20. Волков П.К. Численное решение задачи обтекания газового пузыря вязкой жидкостью. // Числ. методы механики сплошной среды. Новосибирск, 1982. Т. 13, № 1. - С. 4455.

21. Волков П.К. Моделирование движения пузырей в "затопленном" канале // МЖГ. -1991.-Т. 5. С. 138- 144.

22. Волков П.К., Чиннов Е.А., Всплытие сферических и эллипсоидальных пузырей в неограниченном объеме жидкости // В кн.: Гидродинамика и акустика одно и двухфазных потоков, Новосибирск: ИТ СО РАН СССР. - 1983. - С. 5-12.

23. Волков П.К., Чиннов Е.А. Стационарное движение деформированного пузыря в ньютоновских жидкостях // В кн.: Моделирование процессов гидрогазо-динамики и энергетики. Новосибирск: - ИТ СО РАН СССР. -1985. - С. 182-186.

24. Волков П.К., Чиннов Е.А., Стационарное всплытие одиночного пузыря в неограниченном объеме жидкости // ПМТФ. 1989. - №1. - С.94-99.

25. Воронцов Е.Г., Тананайко Ю.М. Теплообмен в жидкостных пленках. — Киев: Техника, 1972.-194 с.

26. Ганчев Б.Г., Козлов В.М., Лозовецкий В.В., Никитин В.М. Исследование местных коэффициентов теплоотдачи в пленке жидкости, стекающей по вертикальной поверхности // Изв. Вузов СССР.- Машиностроение.- 1970. № д. С. 114-117.

27. Ганчев Б.Г., Козлов В.М. Исследование гравитационного течения пленки жидкости постенкам вертикального канала большой длины // ПМТФ. — 1973.—№1- С. 128-135.

28. Ганчев Б.Г., Боков А.Е. Исследование термокапиллярной устойчивости при гравитационном стекании пленки жидкости // ИФЖ. — 1980. Т. 39, № 4. - С. 581 -591.

29. Ганчев Б.Г. Охлаждение элементов ядерных реакторов стекающими пленками. М.: Энергоатомиздат. —1987. - 192 с.

30. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука. - 1972. - 392 с.

31. Гимбутис Г. Теплообмен при гравитационном течении пленки жидкости. — Вильнюс: Мокслас. 1988. - 232 с.

32. Головин A.M., Иванов М.Ф. Движение пузыря в вязкой жидкости // ЖПМТФ. 1971.— № 1.-С. 107-111.• Гольдштик М.А., Лигай В.Г., Ханин В.М., Гидродинамический аналог явления Лейденфроста. Институт Теплофизики, Новосибирск, 1985. - Препринт 120-85.- 26 с.

33. Городецкая А. В. Скорость поднятия пузырьков в воде и водных растворах при больших числах Рейнольдса // ЖФХ. 1949. - Т. 23, вып. 1. - С. 71-78.

34. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. О движении одиночных пузырей в щелевых каналах // Теплофизика высоких температур. 1971. - Т. 9, № 6. - С. 1237-1241.

35. Гриффис П. Расчет потока при кипении с небольшой насыщенностью пара // Теплопередача. Д. 1964. - Т. 3. - С. 36-44.

36. Гусев С.Е., Шкловер Г.Г. Свободно конвективный теплообмен при внешнем обтекании тел. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 160 с.

37. Демехин Е.А, Шкадов В.Я. О трехмерных нестационарных волнах в стекающей пленке жидкости // Известия АН СССР, МЖГ. 1984. -№ 5 - С. 170-174.

38. Дорохов А.Р., Гогонин И.И. О теплообмене при ламинарно-волновом режиме течения пленки жидкости // Кипение и конденсация: Сб. науч. тр.- Новосибирск: — ИТ СО РАН СССР.-1986. С.5-13.

39. Дорохов А.Р., Гогонин И.И. К расчету теплообмена при стекании тонких пленок жидкости по вертикальной поверхности // Изв. СО АН СССР.- Сер. техн. Наук. — 1989.- Вып. 5.- С. 15-20.

40. Дорохов А.Р. Тепло- и массоперенос в элементах абсорбционных бромисто-литиевыххолодильных машин: Дис. .доктора тех. Наук. -1992.-Томск. -281 с.

41. Дорощук В.Е. Кризисы теплообмена при течении воды в трубах. М.: Энергия, 1970. -167 с.

42. Зайцев Д.В., Чиннов Е. А., Кабов О.А., Марчук И.В. Экспериментальное исследование волнового течения пленки жидкости по нагреваемой поверхности // Письма в ЖТФ. -2004. Т. 30, вып. 6. - С. 31 - 37.

43. Жукаускас А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. - 472 с.

44. Кабов О.А. Теплоотдача от нагревателя с малым линейным размером к свободно стекающей пленке жидкости // Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену — М.: издательство МЭИ. -1994. Т.6. - С. 90-95.

45. Кабов О.А. Формирование регулярных структур в стекающей пленке жидкости при локальном нагреве // Теплофизика и аэромеханика. 1998. - Т. 5, № 4 . - С. 597-602.

46. Кабов О.А. Влияние капиллярных эффектов на пленочную конденсацию и теплообмен в пленках жидкости: Дис. докт. физ.-мат. Наук. -1999.- Новосибирск: ИТ СО РАН.-283 с.

47. Кабов О.А., Чиннов Е.А., Донин А.Г., Резников Г.В. Радиоэлектронное устройство // Патент № 1764199 Р.Ф. зарегистрирован 13 января 1993.

48. Кабов О.А., Чиннов Е.А., Терещенко А. Г. Гидродинамика и теплообмен при движении тонкого слоя испаряющейся жидкости по поверхности с локальным источником тепла // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену, Москва.- 1998.- Т.4.-С.317-320.

49. Кабов О.А., Чиннов Е.А. Теплообмен от локального источника тепла к недогретой пленке жидкости // Теплофизика высоких температур. — 2001. — Т. 39, № 5. -С. 758768.

50. Кабов О.А., Кузнецов В.В., Марчук И.В., Пухначев В. В., Чиннов Е.А. Регулярные структуры при термокапиллярной конвекции в движущемся тонком слое жидкости // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2001, а. -№ 9. С. 83-89.

51. Кабов О.А., Легро Ж.К., Марчук И.В., Шейд Б. Деформация свободной поверхности в движущемся локально нагреваемом тонком слое жидкости // Изв. РАН. Механика жидкости и газа.-2001, б. №3.- С. 200-208.

52. Капица П.Л. Волновое течение тонких слоев вязкой жидкости // Журн. экспер. и теор. физ.- 1948. Т. 18, Вып. 1. - С. 3 - 28.

53. Кашинский О. Н., Горелик Р.С., Рандин В.В. Структура восходящего снарядного течения в вертикальной трубе // Третья Российская национальная конференция по теплообмену. ^Москва. М.: Изд-во Моск. энерг. Ин-та, 2002. - Т. 5. - С. 68 - 71.

54. Каширский В. Г., Печенегов Ю. 0., Серов Ю. И. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении воды в микротермосифоне с подводом тепла к торцу // Изв. вузов. Энергетика. 1981. - № 10. - С. 64 - 68.

55. Козлов Б.К., Мологин М.А. О скорости подъема и гидравлическом сопротивлении газовоздушных пузырей в жидкости // Изв. АН СССР, ОТН. 1951. -№ 8. - С. 1188-■ 1198.

56. Корнеев С.Д., Корнеев А.Д. Исследование движения одиночных газовых пузырей в плоскопараллельных щелевых каналах // Сб. научн. Тр. МЭИ. 1987. -№ 133.-1987. -С. 19-27.ч>

57. Кротов С. В., Назаров А. Д., Павленко А. Н., Печеркин Н. И., Серов А.Ф., Чехович В. Ю. Емкостный измеритель локальной толщины пленки азота // Журнал Приборы и Техника Эксперимента. 1997. — №1. - С. 149 - 152.

58. Кузнецов В.В, Шамирзаев А.С. Теплообмен при кипении в стесненных условиях // Третья Российская национальная конференция по теплообмену. Москва. М.: Изд-во Моск. энерг. Ин-та. - 2002. - Т. 4. - С. 119 - 122.

59. Кудрицкий Г. Р. Интенсивность теплоотдачи и критическая плотность теплового потока при кипении жидкости на микроповерхности // Теплообмен итеплофизические свойства веществ.- Киев: Наук, думка. 1984.- С. 38 - 42.

60. Кутателадзе С. С. Анализ подобия в теплофизике.- Новосибирск: Наука, 1982. 280 с.

61. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. 5-е изд., перераб. и дополн. - М.: Атомиздат, 1979.— 415 с.

62. Кутателадзе С.С. Термогидродинамика квазистабильного витания свободного объема жидкости над твердой поверхностью. — Институт Теплофизики, Новосибирск, 1985. — Препринт 131-85.-23 с.

63. Кутателадзе С.С., Маленков И.Г. Гидродинамические аспекты теплообмена при кипении жидкости // ТВТ. 1976. - Т. 14, № 4. - С. 793 - 803.

64. Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е. Теплообмен и волны в газожидкостных системах. -Новосибирск : Наука, 1984.- 301 с.

65. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. 2 изд., перераб. и доп. - М.; Энергия, 1976. - 296 с.

66. Кутателадзе С.С., Гогонин И.И., Григорьева Н.И., Дорохов А.Р. К определению коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации // Теплоэнергетика. -1980.-№ 4.- С. 5-7.

67. Ладыженский P.M. Исследование движения воздушного пузырька в воде при высоких значениях Re // ЖПХ. 1954. - Т. 27, вып. 1. - С. 22-32.

68. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика.- Изд. 4.- М.: Наука. 1988.- Т. 6.- 736 с.

69. Лебедев А.А. Закон Стокса в применении к жидким шарикам // ЖРФХО, часть физ. — 1916.- Т. А8, вып.З. — С.97.

70. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Изд. АН СССР, 1952. - 538 с.

71. Лигай В.Г. Взаимодействие двух цепочек пузырей, всплывающих в жидкости // . Транспортные процессы в энергохимических многофазных системах. Новосибирск: Издание Ин-та теплофизики СО АН СССР. - 1983.- С. 84 - 87.

72. Линард Д., Дир В. Гидродинамический расчет максимального теплового потока при кипении в большом объеме на нагревателях конечных размеров // Теплопередача. Сер. С.- 1973.- № 2.- С. 1 9.

73. Линхард. Первый кризис теплоотдачи при кипении на цилиндрах // Современное машиностроение. Сер. А.-1989, №6.- С. 190-212.

74. Линде X., Шварц П., Вильке X. Диссипативные структуры и нелинейная кинетика неустойчивости Марангони // Гидродинамика межфазных поверхностей.- М.: Мир. -198'4.-С. 79-117.

75. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970. - 904 с.

76. Лундгрен Т.С., Сперроу Е.М., Стар Д.В. Падение давления, обусловленное влиянием начального участка в каналах произвольного поперечного сечения // Теплопередача. -1964.-Т.З. С. 233 -241.

77. Максимов Б. Н. Справочник. Промышленные фторорганические продукты. JL: Химия. - 1990.- 464 с.

78. Маленков И.Г. О движении больших пузырей газа, всплывающих в жидкости // ПМТФ.- 1968.- №6.-С. 130-134.

79. Маленков И. П О скорости всплытия пузырьков газа в жидкости. ИФЖ. - 1980. - Т. 38, №5.-С. 930.

80. Маркс С. Измерения предельной скорости пузырей, поднимающихся цепочкой // Труды Амер. общ. инж. Механиков, сер. Д. 1973. - Т. 95, № 1. - С.85-91. 44.v

81. Марчук И. В. Термографическое исследование пленки жидкости, стекающей по поверхности с локальным источником тепла. Дис. канд. физ.-мат. наук.-Новосибирск: ИТ СО РАН. - 2000. - 104 с.

82. Мизёв А.И. Экспериментальное исследование термокапиллярной конвекции, индуцированной локальной температурной неоднородностью вблизи поверхности жидкости ПМТФ. 2004 (в печати).

83. Монде, Кусуда, Уехара. Критический тепловой поток при кипении в условиях естественной конвекции в вертикальных каналах прямоугольного сечения, погруженных в насыщенную жидкость // Теплопередача.- 1982.- Т. 104, № 2. -С. 8084.

84. Назаров А.Д. Разработка аппаратно-программных средств емкостного измерителя для экспериментального исследования пленочного течения криогенной жидкости. — Диссертация к.т.н. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН. - 2002. - 126 с.

85. Накоряков В. Е., Покусаев Б.Г., Алексеенко С.В., Орлов В.В. Мгновенный профиль скорости в волновой пленке жидкости // Инж.-физ. журн. 1977. - Т. 33. - № 3. - С. 399-404.

86. Накоряков В.Е., Горин А.В. Тепломассоперенос в двухфазных системах. — Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН. 1994. - 431 с.

87. Накоряков В.Е., Григорьева Н.И. Расчет тепломассообмена при неизотермическойабсорбции на начальном участке стекающей пленки // Теорет. основы хим. технологии.- 1980.- Т.14, № 4. -С.483-488.

88. Непомнящий А.А. Устойчивость волновых режимов в пленке, стекающей по наклонной плоскости // Известия АН, Механика жидкости и газа. — 1974. № 3. -С. 19-34.

89. Нигматулин Б.И., Горюнова М.З., Васильев Ю.В. К обобщению опытных данных по теплоотдаче при течении жидких плёнок вдоль твёрдых поверхностей // Теплофизика высоких температур. 1981.- Т.19,№5.-С. 991-1001.

90. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М:. Наука. - 1987. — 464 с.

91. Павленко А.Н. Переходные процессы при кипении и испарении. Дис. докт. физ.-мат. наук.- Новосибирск: ИТ СО РАН. - 2001. - 450 с.

92. Павленко А.Н., Лель В.В., Серов А.Ф., Назаров А.Д. Динамика течения интенсивно испаряющейся волновой пленки жидкости // ПМТФ. 2001. - Т. 42, №3 - С. 107 — 115.

93. Парк К.А., Берглес А.Е. Характеристики свободно конвективной теплоотдачи для моделей чипов // Теплопередача. 1987. — №1. - С.90-99.

94. Парк К.А., Берглес А.Е. Влияние размера моделей интегральных микроэлектронных схем на теплоотдачу при кипении и критическую плотность теплового потока. // Современное машиностроение, серия А. 1989. - № 7. - С. 181.

95. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. — М.: Энергия. 1967. - 412 с.

96. Пшеничников А.Ф., Токменина Г.Л. Деформация свободной поверхности жидкости термокапиллярным движением // Известия АН СССР, МЖГ. 1983.- № 3. - С. 150153.

97. Пухначев В.В. Движение вязкой жидкости со свободными границами, Новосибирск. -1989.- 96 с.

98. Ратиани Г.В., Мествиришвили Ш.А., Шекриладзе И.Г. Анализ двух случаев процесса испарения с поверхности тонких ламинарных пленок // Сообщение АН ГССР. 1969. - Т.55, № 3. - С. 645-648.

99. Рулев Н.Н. Гидродинамика всплывающего пузырька // Коля. Журнал. 1980. - Т.42, №2.- С.252-263.

100. Серза, Сернас. Пузырьковое кипение в стекающей водяной ламинарной пленке на участке тепловой стабилизации и при полностью развитом течении // Теплопередача. 1988.- Т.4. - С.165-174.

101. Слинько М.Г., Дильман В.В., Рабинович Л.М. О межфазном обмене при поверхностных конвективных структурах в жидкости // ТОХТ. 1983.- Т.17, №1. - С. 10-14.

102. Собин В.М. Теплообмен в стекающей пленке жидкости на термическом начальном участке // ИФЖ. 1980. - Т.39, № 4. - С.592-596.

103. Стабников В.Н., Ройтер Т.М., Протсюк Т.В. Этиловый спирт.- М.: Пищевая пром. . -1976.

104. Сю О. О предельных размерах впадин на поверхности нагрева, являющимися активными центрами парообразования // Теплопередача. Сер. С.- 1962.- Т.84, № 3.- С. 18.

105. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов, Киев: Техника. 1975.- 312 с.

106. Толубинский В.И., Антоненко В.А., Кудрицкий Г.Р., Островский Ю.Н. Теплообмен при парообразовании на поверхности малого размера // Пром. Теплотехника. —1987.-Т.9, № 4.- С.3-16.

107. Толубинский В.И., Антоненко В.А., Кудрицкий Г.Р. Влияние толщины слоя жидкости на критические тепловые нагрузки при кипении // Пром. Теплотехника. 1988. -т.10, № 2. - С.3-6.

108. Томас Рю, Фагри М. Емкостный метод и метод визуализации // Современное машиностроение. Сер. А. 1991. - № 7. - С. 36-45,

109. Трифонов Ю.А., Цвелодуб О.Ю. Трехмерные стационарные бегущие волны на вертикально стекающей пленке жидкости // ПМТФ. 1986.-№ 6.-С.35-43.

110. Филиппов Г.А., Салтанов Г.А., Кукушкин. Гидродинамика и тепломассообмен в присутствии поверхностно-активных веществ. Москва: Энергоатомиздат. — 1988. -184с.

111. Фрумкин А., Левич В. О влиянии поверхностно-активных веществ на движение на границе жидких сред//ЖФХ.- 1947.- Т.21,№Ю.-С. 1183-1204.

112. Хаппель Д, Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. М.: Мир. -1976. -632 с.

113. Хауф В., Грикуль У. Оптические методы в теплопередаче. М.: Мир. - 1973. - 238 с.

114. Хозе А. Н., Бурдуков А.Р., Накоряков В.Е., Покусаев Б.Г., Кузьмин В.А. К вопросу структуры непроточного динамического двухфазного слоя // ТОХТ. 1971. - Т.5, №6. -С.800-806.

115. Холпанов Л.П., Шкадов В.Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. М.: Наука. - 1990.- 271 с.

116. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. -М: Мир. 1972. - 440 с.

117. Цвелодуб О.Ю. Нелинейные волны на стекающих пленках вязкой жидкости: Дис. докт. физ.-мат. наук.- Новосибирск: ИТ СО РАН. 1990.

118. Цвелодуб О.Ю, Котеченко Л.Н. Пространственные волновые режимы на поверхности тонкой вязкой пленки жидкости // Препринт № 252-91. Институт теплофизики СО РАН-- 1991.- 31 с.

119. Цирлин О.В., Юшкин- А.А. Экспериментальное исследование параметров процесса охлаждения летучей жидкости при барботаже // Тр. МВТУ. 1975. - № 195, вып.2. -С. 120-124.

120. Чернобыльский И.И., Воронцов Е.Г. Гидродинамика и теплоотдача к орошающей пленке жидкости при ее гравитационном течении по вертикальной поверхности теплообмена // Тепло-и массоперенос. М.: Энергия. - 1968. - Т.1.- С. 259-266.

121. Чиннов Е.А. Анализ всплытия одиночных пузырей в неограниченном объеме жидкости // В кн.: Современные проблемы теплофизики. Новосибирск: - ИТ СО РАН СССР.- 1984.-С. 55-61.

122. Чиннов Е.А. Исследование влияния стенок цилиндрического вертикального канала на скорость всплытия одиночных газовых пузырей // В кн.: Теплофизика и гидродинамика в процессах кипения и конденсации. Новосибирск: - ИТ СО РАН СССР.- 1985.- С. 125-131.

123. Чиннов Е.А., Кравченко Д.Н. Экспериментальное исследование гидродинамики движения цепочек пузырей в вертикальных капиллярных каналах // Известия СО АН СССР, Серия техн. наук. 1990. - № 1. - С.120-125.

124. Чиннов Е.А., Дятлов А.В., Кравченко Д.Н. Исследование теплообмена при кипении диэлектрических жидкостей на нагревателях малых размеров в вертикальных погруженных каналах // Сибирский физико-технический журнал . Серия тех. наук . -1992 б.-№5 .-С.43-48.

125. Чиннов Е.А., Дятлов А.В. Гидродинамика и конвективный теплообмен в погруженных прямоугольных каналах при движении пузырей // Теплофизика и Аэромеханика. 1996. - Т.З, №3. - С. 287-295.

126. Чиннов Е.А., Кабов О.А., Марчук И.В. Формирование струйных течений при стекании нагреваемой пленки жидкости // Третья Российская национальная конференция по теплообмену, Москва. М.: Изд-во Моск. энерг. Ин-та. 2002. - Т. 4. - С. 331 — 334.

127. Чиннов Е.А., Кабов О.А. Формирование струйных течений при гравитационном стекании волновой нагреваемой пленки жидкости // ПМТФ. — 2003. — Т. 44, № 5. — С. • 128- 137.

128. Чиннов Е.А., Кабов О.А. Влияние трехмерных деформаций на локальный теплообмен к неоднородно нагреваемой стекающей пленке жидкости // Теплофизика высоких температур. 2004. - Т. 42, № 2. - С. 269-278.

129. Чиннов Е.А., Назаров А.Д., Кабов О.А., Серов А.Ф. Измерение волновых характеристик неизотермической пленки жидкости емкостным методом // Теплофизика и Аэромеханика. 2004 а. - Т. 11, № 3. - С. 247-253.

130. Чиннов Е.А., Кабов О.А., Шарина И.А. Интенсификация теплообмена к стекающей пленке жидкости // ПМТФ. 2004 б. - Т. 45, № 5. - С. 109-116.

131. Шамирзаев А.С., Ершов И.Н. Всплытие одиночного снаряда в прямоугольных каналах // XIV Школа-семинар молодых ученых и специалистов, 26-30 мая 2003 г. Рыбинск. -2003,- Т.1.-С. 331-334.

132. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука. - 1974. - 712 с.

133. ЗМ Fluorinert Liquids (Product Manual)

134. Agonafer D., Chu R.C., Simons R.E. Circuit package cooling technique with liquid film spreading downward across package surface without separation // U.S. Patent 4757370. -1968.

135. Adomeit P., Renz U. Hydrodynamics of three-dimensional waves in laminar falling films // Int. J. Multiphase Flow. 2000. - Vol. 26 - P. 1183-1208.

136. Allen H.S. The motion of sphere in a viscous fluid // Phil. Mag. 1900. - Vol. 50. - P. 323.

137. Akita K., Okazaki Т., Koyama H. Gas hold-ups friction factors of gas-liquid two-phase flow in an air-lift bubble column // J. Chem. Eng. Japan. 1988. - Vol. 21, N 5. - P. 476-482.

138. Alhusseini A., Tuzla K., Chen J. C. Falling film evaporation of single component liquids // Int. J. Heat Mass Transfer. 1998. - Vol. 41. - P. 1623-1632.

139. Baines R.P., El Masri M.A., Rohsenow W.M. Critical heat flux in flowing liquid films // Int. J. Heat Mass Transfer. 1984. - Vol. 27. - P. 1623-1629.

140. Bankoff S.G. Minimum thickness of a draining liquid film // Int. J. Heat Mass Transfer. -1971. — Vol. 14. P. 2143-2146.

141. Bankoff S.G. Significant questions in thin liquid film heat transfer // Journal of Heat Transfer.- 1994. Vol. 116. - P. 10-16.

142. Baker. Designing for simultaneous flow of oil and gas // Oil and Gas Journal. 1954. -Vol.53, N.12.-P. 85-195.

143. Barajast A.M., Panton R.L. The effect of contact angle on two-phase flow in capillary tubes // Int. J- Multiphase Flow. 1993. - Vol. 19, N.2. - P. 337-346.

144. Bays G.S., McAdams W.H. Heat transfer coefficients in falling film heaters, streamline flow // Industr. Engin. Chem. 1937. - Vol. 29, N 11.- P. 1240-1246.

145. Barnea D., Shoham O, Taitel Y., Duckler A.E. Flow pattern transition for gas-liquid flow in horizontal and inclined pipe // Int. J. Multiphase Flow. 1980. - Vol. 6. - P. 217-225.

146. Beattie D.R., Whalley P.B. Brief communication: a simple two-phase frictional pressure drop calculation method // Int. J. Multiphase Flow. 1982. - Vol. 8, N.l. - P. 83-87.

147. Benney D.J. Long waves on liquid films // J. Math, and Phys. 1966. - Vol. 45 - P. 150155.

148. Benjamin T.B. Wave formation in laminar flow down an inclined plane // J. Fluid Mech. -1957.-Vol. 2.-P. 554-574.

149. Bertozzi A.L., Brenner M.P. Linear stability and transient growth in driven contact lines // Physics of Fluids. 1997. - Vol. 9, N. 3. -P. 530-539.

150. Bergles A.E. Enhancement of heat transfer // Heat Transfer, Proceedings of the Sixth International Heat Transfer Conference, Toronto, Hemisphere Publishing Corp., Washington. 1978.-Vol. 6.-P. 89-108.

151. Bergles A.E. Evolution of cooling technology for electronic and microelectronic equipment //Heat Transfer Eng. 1986.-Vol. 7.-P. 97-106.

152. Bergles A.E. High flux boiling applied to microelectronics thermal control // Int. Comm. Heat Mass Transfer.- 1988.-Vol. 15.-P. 509-531.

153. Bergles A.E. The Imperative to enhance heat transfer // Heat Transfer Enhancement of Heat Exchangers, NATO ASI Series, Applied Sciences. 1999. - Vol. 355. - P. 13-29.

154. Bhaga D.; Weber M.E. Bubbles in viscous liquids: shape, wakes, and velocities // J. Fluid Mech.- 1981.-Vol.105.-P.61-85.

155. Bi Q.C., Zao T.S. Taylor bubbles in miniaturized circular and noncircular channels // Int. J. Multiphase Flow. 2001. - Vol. 27. - P. 561-570.

156. Bond. W.N., Newton D.A. Bubbles, drops and. Stoke's law // Phil. Mag. 1927.^- Vol. 5, N 30. - P. 794-800. "

157. Bohn M.S., Davis S.H. Thermocapillary breakdown of falling liquid films at high Reynolds number// Int. J. Heat and Mass Transfer. 1993. - Vol. 36. - P.l 875-1881.

158. Botton R., Cosserat D., Charpentier J.-C. A new laboratory apparatus for the study of gas-liquid reactions and the simulation of reactors: the gas-lift bubble-column // Int. Chem. Eng. 1987. - Vol. 27, N 2. - P. 243-257.

159. Brabston D.C., Keller H.B. Viscous flow past spherical gas bubbles // J. Fluid Mech. -1975.-Vol. 69, N 1. -P.179-189.

160. Brauer H. Stromung und Warmeubergang bei Riselfilmen // VDI-Forsch.- 1956. Vol. 22, No 457.- S. 5-40.

161. Bressler R. Experiments on the evaporation of thin liquid films // Z. Ver. Dtsch. Ing. 1958, Vol. 100.-P. 630-638.

162. Burguete J., Mukolobwiez N., Daviaud F., Gamier N., Chiffaudel A. Buoyant-thermocapilllary instabilities in extended liquid layers subjected to a horizontal temperature gradient // Physics of Fluids. -2001.- Vol. 13, N10. P. 2773-2787.

163. Cachard F., Delhaye J.M. A slug-churn flow model for small-diameter airlift pumps // Int. J. Multiphase Flow. 1996.-Vol. 22. - P. 627-649.

164. Chinnov E. A., Diatlov A. V., Kravchenko D. N. Enhancement of convectional heat transfer due to bubbles rising. Journal of Enhanced Heat Transfer. - 1996. - Vol. 3, No. 3. - P. 177-185.

165. Chinnov E.A. Model of heat transfer enhancement due to bubbles in submerged rectangular channels // Journal of Enhanced Heat Transfer. 1999. - Vol. 6. - P. 369-381.

166. Chinnov E.A., Kabov O.A .Heat transfer from small size heaters to a falling liquid film // E.W.P. Hahne, W. Heidemann and K. Spindler Eds. 3-rd European Themal Sciences Conference, September 10-13, 2000, Heidelberg, Germany. Vol. 1. - P. 275-280.

167. Chinnov E.A., Kabov O.A., Muzykantov A.V., Zaitsev D.V. Influence of plate inclination on heat transfer and breakdown of locally heated flowing liquid film // Intern. Journal Heat and Technology. 2001.- Vol. 19, No. 1. - P. 31-44.

168. Chinnov E.A., Kabov O.A., Marchuk I.V., Zaitsev D.V. Heat transfer and breakdown of subcooled falling liquid film on a vertical middle size heater // Intern. Journal Heat and Technology. 2002. - Vol. 20, No. 1. - P. 69-78.

169. Christov С. I., Volkov P. K. Numerical investigation of the steady viscous flow past a stationary deformable bubble // J. Fluid Mech. 1985. - Vol. 158. - P. 341-364.

170. Chun K.R., Seban R.A. Heat transfer to evaporation liquid films // J. Heat Transfer. -1971.-Vol. 93.-P. 391-396.

171. Chui C. J., Sehmbey M. S., Chow L. C., Hahn O. J. Pool boiling heat transfer from a vertical heater array in liquid nitrogen // AIAA Pap.- 1994, N 1992 .- С. 1 7.

172. Churchill S.W. A theoretical structure and correlation equation for the motion of single bubbles // Chem. Eng. Process. 1989. - Vol. 26. - P. 269-279.

173. Collins R. The effect of a containing cylindrical boundary on the velocity of a large gas bubble in a liquids // J. Fluid Mech. 967. - Vol. 28, N 1. - P. 97-112.

174. Collins R. Experiments on large gas bubbles in large gas bubbles // AERE, Report N 5402. 1967. 24 p.

175. Collins R., de Moraes F.F., Davidson J.F., Harrison D. The motion of a large gas bubbles rising through liquid flowing in a tube // J. Fluid Mech. 1978. - Vol. 89. - P.497-514.

176. Countanceau M., Thizon P. Wall effect on the bubble behavior in highly viscous liquids // J. Fluid Mech. 1981. - Vol. 107. - P. 339-373.

177. Damianides, C.A., Westwater, J.W. Two-phase flow patterns in a compact heat exchanger and in small tubes // In Proc. 2 nd UK Natn. Conf. on Heat Transfer. 1988. - Vol. II. - P. 1257-1268.

178. Davis S. H. Thermocapillary instabilities // Ann. Rev. Fluid Mech. 1987.- Vol. 19. - P. 403-435.

179. Davies R.M., Taylor G.I. The mechanics of large bubbles rising through liquids in tubes // Proc. Roy. Soc., ser. A. I950.-Vol. 200, N 1065. - P. 375-390.

180. Dukler A. E., Berglin O. P. Characteristics of flow in falling liquid films // Chem. Eng. -1952.-Vol. 48.-P. 557.

181. Dukler, A.E., Fabre, J.A., McQuillen, J.B., Vernon, R. Gas-liquid flow at microgravity conditions: flow patterns and their transitions // Int. J. Multiphase Flow. 1988. — Vol. 14, N.4.- P. 389-400.

182. Durst F., Taylor A., Whitelaw J.H. Experimental and numerical investigation of bubble-driven laminar flow in an axisymmetric vessel // Int. J. Multiphase Flow. 1984. — Vol. 10, N.5.-P. 557-569.

183. Durst F., Schonung В., Selanger K. Winter M. Bubble-driven liquid flows // J. Fluid Mech. 1986.-Vol. 170.-P. 53-82.

184. Egan I. P., Westwater I. W. Effect of horizontal plate diameter on boiling heat transfer from copper to nitrogen // J. Therm. Eng. 1985. - Vol. 5, N 1.- P. 1- 2.

185. Ellingsen K, Risso F. On the rise of an ellipsoidal bubble in water: oscillatory path and liquid-induced velocity // J. Fluid Mech. 2001. - Vol. 440. - P. 235 - 268.

186. Evseev A.R. Liquid film thickness measurement by the fiber-optical probe // Proc. Int. Symp. Physics of Heat Transfer in Boiling and Condensation, Moscow, Russia, 21-24 May. 1997.-P. 519-523.

187. Frank A.M. 3D numerical simulation of regular structure formation in a locally heated falling film // European Journal of Mechanics B/Fluids . 2003. - Vol. 22. - P. 445-471.

188. Friedel L. Improved friction pressure drop correlation for horizontal and vertical two-phase pipe flow // 3R International. 1979. - Vol.18, N.16. - P. 485-491.

189. Fukano Т., Kariyasaki A., Kagawa M. Flow patterns and pressure drop in isothermal gas-liquid concurrent flow in a horizontal capillary tube // Trans. JSME (Ser. B). 1990. -Vol. 56.-P. 2318-2326.

190. Fujii Т., Fujii, M. The dependence of local Nusselt number on Prandtl number in the case of free convection along a vertical surface with uniform heat flux // Int. J. Heat and Mass Transfer.- 1976.-Vol. 19.-P. 121-122.

191. Fujita Т., Ueda T. Heat transfer to falling liquid films and film breakdown I (subcooled liquid films) // Int. J. Heat Mass Transfer. - 1978 a. - Vol. 21.-P. 97-108.

192. Fujita Т., Ueda T. Heat transfer to falling liquid films and film breakdown-ii, saturated 1 liquid films with nucleate boiling // Int. J. Heat Mass Transfer. 1978 b. - Vol. 21. - P. 109-118.

193. Fujita Y. Boiling and evaporation of falling films on horizontal tubes and its enhancement on grooved tubes // Heat Transfer Enhancement of Heat Exchangers, NATO ASI Series, Applied Sciences. 1999. - Vol. 355. - P. 325-346.

194. Ganic E.N., Roppo M.N. A note on heat transfer to falling liquid films on vertical tubes // Letters in Heat and Mass Transfer. 1980.- Vol.7, № 2. - P. 145 - 154.

195. Garwin L., Kelly E.W. Inclined falling films // Industr. Engin. Chem.- 1955. Vol. 47, N3.-P. 392-395.

196. Garner F.H., Hammerton D. Circulation inside gas bubbles // Chem. Eng. Sci. 1954. -Vol. 3.N1.-P. 1-11

197. Gebgart В., Mahajan R.L. Instability and transition in buoyancy induced flows // Adv. Appl. Mech. -1982. Vol. 22. - P. 231-315.

198. Gebhart В., Jaluria Y., Mahajan R. L., Sammakia B. Buoyancy-induced flows and transport, Hemisphere Publ.'Corp. 1988.

199. Gogonin I.I., Dorohov A.R, Bochagov V.N. Stability of "dry patches" in thin, falling liquid films // Fluid Mech.-Sov. Res. 1979. - Vol. 8, N 3. - P. 103-109.

200. Goussis D.A., Kelly R.E. Surface wave and thermocapillary instabilities in a liquid film flow //J. Fluid Mech. 1991.- Vol. 223.-P. 25.

201. Grace J.R. Shape and velocities of bubbles rising in infinite liquids // Trans. Inst. Chem. Engng.- 1973.-Vol. 51.-P. 116-120.

202. Haberman W.L., Morton R.K. An experimental study of bubbles moving in liquids // Proc. Amer. Soc. Civil. Engrs. 1954. - Vol. 49, N 387. - P. 1-25.

203. Hadamard J. lylouvement permanent lent *d'une sphere liquide et visqueuse dans un liquidevisqueux // Compt.Rend. Acad. Sci. 1911. - Vol. 152. - P.1735-1738.

204. Hallet V.A. Surface phenomena causing breakdown of falling liquid films during heat transfer // Int. J. Heat Mass Tr. 1966. - Vol. 9, № 4. - P. 283 - 294.

205. Hartmathy T.N. Velocity of large drops and bubbles in media infinite or restricted extent // AIChE J. 1960. - Vol. 6.-P. 281-288.

206. Haramura Y., Katto Y. A new hydrodynamic model of critical heat flux, applicable widely to both pool and forced convection boiling on submerged bodies in saturated liquids // Int. J. Heat Mass Transfer. 1983. - Vol. 26, N. 3. - P. 389-399.

207. Hartley D.E., Murgatroyd W. Criteria for the break-up of thin liquid layers flowing isothermally over solid surfaces // Int. J. Heat Mass Transfer. 1964. - Vol. 7. — P. 1003 -1015.

208. Hetstrony G.,Yi J.H., Hu B.G., Mosyak A., Yarin L.P., Ziskind G. Heat" transfer in intermittent air-water flows // Int. J. Mult. Flow. 1998 . - Vol. 24, N. 2. - P. 189 - 212.

209. Hewitt G.F., Lovegrove P.C. The application of the light absorption technique to continuous film thickness recording in annular two-phase flow // AERE-R 3953. 1962.

210. Hewitt G.F., Lovegrove P.C. Nicholls B. Film thickness measurement using fluorescence technique // AERE-R 4478. 1964.

211. Hewitt G.F., King R.D., Lovegrove P.C. Liquid film and pressure drop studies // Chem. Proc. Eng. 1964.—Vol. 45.-P. 191.

212. Hewitt G.F., Hall-Taylor N.S. Annular two-phase flow parameters. Oxford: Pergamon Press. - 1970.

213. Hewitt G. F. Multiphase flow: the gravity of the situation // Third Microgravity Fluid Physics Conference, Cleveland, Ohaio. -1996.

214. Hills J.H., Darton R.C. The rising velocity of a large bubble in a bubble swarm // Trans Ins. Chem. Eng.- 1976.- Vol. 54. P. 258-264.

215. Hinkebein Т.Е. Berg J.C. Surface tension effects in heat transfer through thin liquid films // Int. J. Heat Mass Transfer. 1978.-Vol.21.-P. 1241-1249.

216. Norman W.S., Mcintyre V. Heat transfer to liquid film on a vertical surface // Trans. Instn. Chem. Engirs.- I960.- Vol.38, N6.- P. 301-307.

217. Hocking L.M., Debler W.R., Cook K.E. The growth of leading-edge distortions on a viscous sheet // Physics of Fluids. 1999. -Vol. 11, No. 2. - P. 307-313.

218. Hosier E.R. Flow patters in high pressure two-phase (steam-water) flow with heat addition // AICHE Symp. Ser. 64. -1968. P. 54-66.

219. Hosoi A.E., Bush W.V. Evaporative instabilities in climbing films // J. Fluid Mech. 2001. -Vol. 442.-P. 217-239.

220. Hout R-, Gulitski A., Barnea D., Shemer L. Experimental investigation of the velocity field induced by a Taylor bubble rising in stagnant water // Int. J .Multiphase Flow. 2002. -Vol. 28.-P. 579-596.

221. Hsu Y.Y., Simon F.F., Lad J.F. Restriction of a thin liquid film flowing over a heating surface И CEP, Symp. Ser. 1965. - Vol. 61, № 57. - P. 139 - 152.

222. Huppert H.E. Flow and instability of a viscous current down a slope // Nature.- 1982. Vol. 300. -P. 427-429.

223. Husain L.A, Spedding P.L. The theory of the gas-lift pump // Int. J .Multiphase Flow. -1976. — Vol. 3.-P. 83-87.

224. Jackson M.L. Liquid film in viscous flow //AIChE J. 1955. - Vol.1, N1. - P. 231.

225. Jones О. C. Jr., Zuber N. The interrelation between void fraction fluctuations and flow patterns in two-phase flow // Int. J .Multiphase Flow. 1975. - Vol. 2. - P. 273-306.

226. Joo S. W., Davis S.H. Instabilities of three-dimensional viscous falling films // J. Fluid Mech. 1992.- Vol. 242. - P. 529-547.

227. Joo S. W., Davis S.H., Bankoff S.G. Instabilities in evaporating liquid films // Proceedings International Symposium on Instabilities in Multiphase Flows, Rouen, France. 1992.

228. Kabov O.A. Heat transfer in cooling system of microelectronic equipment with partially submerged condenser // IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing • Technology, Part A.- 1996.-Vol. 19.-P. 157-162.

229. Kabov O.A., Marchuk I.V., Chupin V.M. Thermal imaging study of the liquid film flowing on vertical surface with local heat source // Russian Journal of Engineering Thermophysics. -1996.- Vol.6, No. 2.-P. 104-138.

230. Kabov O.A., Chinnov E.A. Heat transfer from a local heat source to a subcooled falling liquid film evaporating in a vapor-gas medium // Russian Journal Engineering Thermophysics.- 1997.- Vol. 7,No. 1-2.-P. 1-34.

231. Kabov O.A., Legros J.C., Marchuk I.V., Scheid B. Deformation of the free surface in a moving locally-heated thin liquid layer // Fluid Dynamics. 2001. - Vol. 36, No. 3. - p 521-528.

232. Kalliadasis S., Kiyashko A., Demekhin E.A. Marangoni instability of a thin liquid film heated from below by a local heat source // J. Fluid Mech. 2003. - Vol. 475. — P. 377408. . .

233. Kandlikar S.G. Handbook of phase change: boiling and condensation. Taylor and Francis. -1999.

234. Krevelen D.W., Hoftijzer P.J. Studies of gas-bubble formation // CEP. 1950. - Vol. 46, N 1. — P. 29-35.

235. Kusuda H., Monde M., Uehara H., Otubo K. Bubble influence on boiling heat transfer in anarrow space // Heat Transfer Japanece Res. 1981. - Vol. 9. - P. 49-60.

236. Ma C.F., Gan Y.P., Tian Y.Q., Lei D.H. Fundamental research on convective heat transfer in electronic cooling technology// Journal of Thermal Science. 1992.- Vol. 1, N 1P. 3040.

237. Maeda N. Behavior of a single bubble in quiescent and flowing liquid inside a cylindrical tube// J. Nucl.Sci. andTechnol. 1975. - Vol. 12, N 10.-P. 606-617.

238. Mandhane J.M., Gregogy G., Aziz K. A flow pattern map for gas-liquid flow in horizontal pipes // Int. J. Multiphase Flow. 1974. - Vol. 1. - P. 537-553.

239. Marchuk I.V., Kabov O.A. Numerical modeling of thermocapillary reverse flow in thin liquid films under local heating // Russian Journal Engineering Thermophysics. — 1998. — Vol. 8, N. 1-4.-P. 17-46.

240. Maxworthy T. Bubbles rise in tapered tubes // Proc. 1 Word Conf. Exp Heat Transfer. — 1988, Dubrovnik. P. 358-362.

241. McAdams W. H., Drew N.B., Bays G.S. Heat transfer to falling-water films // Transactions of ASME . 1940.- Vol. 62, N 10.- P. 627-631.

242. Mercier J.F., Normand C. Buoyant-thermocapilllary instabilities of differentially heated liquid layers//Physics ofFluids.-1996,-Vol. 8,N6.-P. 1433-1445.

243. Miladinova, S., Slavtchev, S., Lebon, G., Legros J. C. Long-wave instabilities of nonuniform^ heated falling films // J. Fluid Mech . 2002 . - Vol. 453 . - P. 153-175.

244. Mishima, K., Hibiki, Т., Nishihara, H. Some characteristics of gas-liquid flow in narrow rectangular ducts // Int. J. Multiphase Flow . 1993 . - Vol. 19, N.l . - P. 115-124.

245. Miyahara Т., Kaseno S., Takahashi T. Studies on chain of bubbles rising through quiescent liquid // Can. J. Chem. Eng . 1984 . - Vol. 62 . - P. 186-193.

246. Moffat R.J. Experimental methods of hear transfer // Proc. of 1th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics. September 4-9. — 1988, Dubrovnik, Yugoslavia. Vol. 1. - P. 13-31.

247. Molerus O., Kurtin M. Hydrodinamics of bubble columns in the liquid circulation regime // Chem. Eng. Sci. 1986 . - Vol. 41, N 10 . - P. 2685-2692.

248. Monde M., Kusuda H., Uehara H., Nakaoka T. Boiling heat transfer in a narrow rectangular channel // Proc.8st Int. Heat Transfer Conf. 1986 . - Vol. 4 . - P. 2105-2110.

249. Monde M., Mitsutake Y. Enhancement of heat transfer due to bubbles passing through a narrow vertical rectangular channel // Int. J. Mult. Flow. 1989. - Vol. 15, N. 5. - P. 803814.

250. Monde M., Mihara S., Mitsutake Y., and Shinohara K. Enhancement of heat transfer due to bubbles passing through a narrow vertical rectangular channel // Warme-und Stoffubertragung . 1989 . - Vol. 24 . - P. 321-327.

251. M^oore D.W. The boundary layer on spherical gas bubbles // J. Fluid Mech . 1963 . - Vol. 16, N 7.-P. 161-176.

252. M^oore D.W. The velocity of rise of distorted gas bubbles in a liquid of small viscosity // J. Fluid. Mech . 1965 . - Vol. 23 . - P. 749-766.

253. M^oor F. D., Mesler R. B. The measurement of rapid surface temperature fluctuation during nucleate boiling of water // AIChE Journal.- 1961 . Vol. 7, N 4.- P. 620 - 624.

254. M^udawwar I.A., Incropera T.A., Incropera F.P. Boiling heat transfer and critical heat flux in liquid films falling on vertically-mounted heat sources // Int. J. Heat Mass Transfer . 1987a . — Vol. 30 . - P. 2083-2095.

255. M^udawwar I., Incropera T.A., Incropera F.P. Microelectronic cooling by fluorocarbon liquid films // Proc. int. symp. on cooling technology for electronic equipment, Honolulu, March 17-21 . 1987b . - P. 340-357.

256. Tiederkruger M., Yuksel M. L. Direct measurements of the surface temperature of falling films // Chem. Eng. Process. 1987. - Vol. 21. - P. 33-39.

257. Tield D.A. Surface tension and buoyancy effects in cellular convection // J. Fluid Mech.-1964. -Vol. 19.-P. 341-352.

258. Norman W.S., Mcintyre V. Heat transfer to liquid film on a vertical surface // Trans. Instn. Chem. Engirs . 1960 . - Vol.38, N 6 . - P. 301-307.

259. Nusselt W. Die Oberflachen-Kondensation des Wasserdampfes // Zeitschrift der VDI . -1916 . No. 27 . - P. 541-546, No. 28 . - P. 569-575.

260. Nusselt W. Der Warmeaustauseh am Berieselungskuhler // Zeitschrift der VDI . — 1923, BI. 67, H.9 .-P. 206-210.

261. O'Brien M.P., Gosline I.E. Velocity of large bubbles in vertical tubes // Ind. Eng. Chem., 1935.-Vol. 27,N 12 .-P. 1436-1440.

262. Ohba K., Origuchi T. Multi-fiber optic liquid film sensor for measurement of two-phase annular and stratified flow // Fluid Contr. and Meas. 1986. - Vol. 2. - P. 1085-1094.

263. Omran N. M., Foster P.J. The terminal velocity of a chain of drops or bubbles in a liquid // Trans Ins. Chem. Eng . 1977 . - Vol. 55 . - P. 171-177.

264. Oron A., Davis S.H., Bankoff S.G. Long-scale evolution of thin liquid films // Applied Mathematics . Technical Report No. 9509, Evanston, Illinois . - 1996. - P. 1-62.

265. Oron A., Davis S.H., Bankoff S.G. Long-scale evolution of thin liquid films // Reviews of Modern Physics . 1997 . - Vol. 69, N. 3 . - P. 931-980.

266. Pavlenko A.N., Lei V.V. Heat transfer and crisis phenomena in falling films of cryogenic liquid // Russian Journal of Engineering Thermophysics . 1997,- Vol. 7, N 3-4.- P. 177210.

267. Pavlenko A.N., Lei V.V. Dynamics of dry spots development and critical heat flux in falling liquid film // Heat Transfer 1998, Proceedings of 11th International Heat Transfer Conference, Kyongju, Korea, August 23-28, 1998.- Vol. 2.- P. 331-337.

268. Pearson J. R. A. On convection cells induced by surface tension // J. Fluid Mech. 1958. — Vol. 4, N. 5 . - P. 489-500.

269. Peebls F.N., Garber H.Y. Studies on the motion of gas bubbles in liquids // CEP. 1953. -' Vol. 49, N 2. - P. 78-97.

270. Pimputkar S.M., Ostrach S. Transient thermocapillary flow in thin liquid layers // Phys. Fluids 1980.- Vol. 23, N 7.- P. 1281-1285.

271. Polonsky S. Barnea D., Shemer L. Averaged and time-dependent characteristics of the motion of an elongated bubble in a vertical pipe // Int. J. Multiphase Flow . 1999 . - Vol. 25 .-P. 795-812.

272. Reinemann P.J., Parlange J.Y., Timmons M.B. Theory of small diameter airlift pumps // Int. J. Mult. Flow. - 1990.-Vol. 16, N. 1. - P. 113 -1 22.

273. Richardson, B.L. Some problems in horizontal two-phase two-component flow // Argonne National Lab. Report ANL-5949.-1958.

274. Rybczynski W. Uber die fortschreitende Bewegung einer flussigen Kugel in einen zahen Medium // Bull. Int. de P Acad. Des Sciences de Cracovie, ser A, Sciences math .-1911 . -P. 40-46.

275. Sadatomi M., Sato Y., Saruwatari S. Two-phase flow in vertical noncircular channels // Int. J .Multiphase Flow . 1982 . - Vol. 8 . - P. 641 - 655.

276. Saffman P.G. On the rise of small air babbles in water // J. Fluid Mech . 1956 . - Vol.1, №3 .-P. 249-275.

277. Scheid В., Oron A., Colinet P., Thiele U., Legros J-C. Nonlinear evolution of nonuniformly heated falling liquid films // Physics of Fluids. 2002 . - Vol. 14 . - P. 4130-4151.

278. Scheid B. Evolution and stability of falling liquid films with thermocapillary effects. Ph. D. thesis. Brussel. 2004. - 236 p.

279. Schwartz L. W., Prinsen H. M., Kiss A.D. On the motion of bubbles in capillary tubes // J. Fluid Mech . 1986 . - Vol. 172 . - P. 259-275.

280. Scriven L.E. Dynamics of a fluid interface // Chem. Eng. Sci. 1960. - Vol. 12. - P. 98108.

281. Scriven L.E., Sterling C.V. The Marangoni effects // Nature. 1960. - Vol. 187. - P. 186188.

282. Scriven L.E., Sterling C.V. On cellular convection driven by surface tension gradients: effect of mean surface tension and surface viscosity // J. Fluid Mech. 1964. - Vol. 19 . - P. 321-340.

283. Sehmbey M. S., Chow L. C., Chui C. J., Hahn O. J. Pool boiling from a vertical heater array in a confined space in liquid nitrogen // AIAA Pap.- 1995.- J4 2106 . P. 1-9.

284. Sexauer T. Der Warmeubergang am senkrechten berieselten Rohr // Forsch. Ing. Wes. — 1939.- Bd. 10, N 6.- P. 286-296.

285. Sharypov O.V.,>Medvedko K.A. On the stability of a 2D film flow regime with a nonuniform temperature of the free surface// Russian Journal of Engineering Thermophysics. — 2000.-Vol. 10, N4.-P. 315-336.

286. Sideman S., Levin A., Moalem Maron D. Film flow and heat transfer on a vertically grooved surface // Proc. 7th Intern. Heat Transfer Conf. - Mtinchen. - 1982. - Vol. 5. - P. 153 - 159.

287. Siegel R. Transient heat transfer for laminar slug flow in ducts // J. Appl. Mech. Ser. E. -1959. Vol. 26, No. 1. - P. 140 - 142.

288. Silvi N., Dussan V.E.B. On the rewetting of an inclined solid surface by a liquid // Phys. Fluids. 1985.- Vol. 28, N. 1. - P. 5-7.

289. Skotheim J.M., Thiele U., Scheid B. On the instability of a falling film due to localized heating // J. Fluid Mech. 2003. - Vol. 475. - P. 1-19.

290. Smith K.A. On convective instability induced by surface-tension gradients // J. Fluid Mech.-1966.- Vol. 24,N2.-P. 401-410.

291. Smith M.K, Davies S.H. Instabilities of dynamic thermocapilllary liquid layers // J. Fluid Mech.- 1983-Vol. 132.-P. 119.

292. Smith M.K. Instability mechanisms in dynamic thermocapilllary liquid layers // Physics of Fluids. -1986.-Vol. 29, N10. P. 3182-3186.

293. Sparrow G.M., Gragg J.Z. Laminar free-convection heat transfer from the outer surface of a vertical circular cylinder// Trans. ASME. 1956. - Vol. 78, N 8. - P. 1823-1828.

294. Struve H. Der Warmeubergang an einen Verdamphenden Reiselfilm // VDI-Forschungs. -1969.-Vol. 534.- P. 5-36.

295. Suo M., Griffith P. Two-phase flow in capillary tubes // Transactions of ASME, J. of Basic Engineering, Series D. 1964. - Vol. 86, N 3. - P. 182-189.

296. Taitel Y., Duckler, A.E. A model for predicting flow regime transitions in horizontal and near horizontal gas-liquid flow // AICHE Journal. 1976. - Vol. 22, N 1. - P. 47-55.

297. Tamari M., Nishikawa K. The stirring effect of bubbles upon the heat transfer to liquids // Heat Trans., Japanese Res. 1976. - Vol. 5, No. 2. - P. 31 - 44.

298. Thulasidas T.S., Abraham M.A., Cerro R.L. Dispersion during bubble-train flow in capillaries // Chem. Eng. Sci. 1999. - Vol. 54. - P. 61-76.

299. Tronewski L., Ulbrich R. Two-phase gas-liquid flow in rectangular channels // Chem. Engng. Sci.- 1984.-Vol. 39. P. 751-765.

300. Tomiyama A., Celata G.P., Hosokawa S., Yoshida S. Terminal velocity of single bubbles in surface tension force dominant regime // Int. J .Multiphase Flow. 2002. - Vol. 28. - P. 1497- 1519.

301. Tsuge H., Hibino S. The onset conditions of oscillatory motion of single gas bubbles rising in various liquids // J. Chem. Eng. Japan. 1977. - Vol. 10, N. - P. 66-68.

302. Van Hook S.J., Schatz M.F., Swift J.B., McCormik W.D., Swinney H.L. Long-wavelength Instability in Marangoni Convection // Proc. Third Microgravity Fluid Physics Conference, Cleveland, Ohio, July 13-15. 1996. - P. 265-270.

303. Vlachogiannis M., Bontozoglou V. Observation of solitaiy wave dynamics of film flows // J. Fluid Mech. 2001. - Vol. 435. - P. 489-500.

304. Ueda Т., Inoue M., Nagatome S. Critical heat flux and droplet entrainment rate in boiling of falling liquid films // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1981. - Vol. 24, N 7. -' P. 1257 -1266.

305. Unterberg W. Studies of liquid film flow and evaporation with reference to saline water distillation // Los Angeles. Univ. of California. 1961. - N 61-26.

306. Uno S., Kintner R.C. Effect of wall proximity on the rate of rise of single air bubbles in quiescent liquid // AIChE J. 1956. - Vol. 2, N 3. - P. 420-425.

307. Wallis, B.G. One-Dimentional Two-Phase Flow. McGraw-hill Book Company. - 1969. -440 p.

308. Wallis B.G. The terminal speed of single drops or bubbles an infinite medium // Int. J. Multiphase Flow. 1974.-Vol. 1. - P. 491-511.

309. Wang В. X., Zhang Jintao, Peng X.F. On the effect of lateral thermal convection on freely falling liquid film flow // Int. J. Heat and Mass Transfer. -1998. Vol. 41. - P. 4031 - 4033.

310. Wambganss M.W., Jendrzejczyk J.A., France D.M. Two-phase flow patterns and transition in a small, horizontal, rectangular channel // Int. J. Multiphase Flow. 1991. -Vol. 17, N 3. - P. 327-342.

311. Webb R.L. Principles of Enhanced Heat Transfer.- New York: John Wiley and Sons.- 1994. -556 p.

312. Weisman, J., Duncan, D., Gibson, J., Crawford, T. Effect of Fluid Properties and Pipe Diameter on Two-Phase Flow Patterns in Horizontal Lines // Int. J. Multiphase Flow. — 1979.- Vol.5.-P. 437-462.

313. White E.T., Beardmore R.N. The velocity of rise of single cylindrical air bubbles through liquid contained in vertical tube // Chem. Eng. Sci. 1962. - Vol. 17, N 5. - P. 351-361.

314. Wilke W. Warmeubergang an Rieselfilme // VDI-Forschungsheft H. 1962. - Vol. 490. -P. 1-36.

315. Wilkes J. O., Nedderman R. M. The measurement of velocities in thin film of liquid // Chem. Eng. Sci. 1962.-Vol. 17.-P. 177-187.

316. Zaitsev D.V., Kabov O.A., Evseev A.R. Measurement of locally heated liquid film thickness by a double-fiber optical probe // Experiments in Fluids. 2003. -Vol. 34, N 6. - P. 748 — 754.

317. Zehner P. Momentum, mass and heat transfer in bubble columns // Int. Chem. Eng. 1986. -Vol. 26, N 1.-P.22 -35.

318. Zhang J.T., Peng X. F. and Peterson G.P. Experimental investigation on the hydrodynamics of falling liquid film flow by nonlinear description procedure // Int. J. Heat and Mass Transfer. 2000. - Vol. 43. - P. 3847 - 3852.

319. Zhang Y., Finch J.A. A note on single bubbles in surfactant solutions // J. Fluid Mech. -2001.-Vol. 429.-P. 63-66.

320. Zhao L., Cerro R.L. Experimental characterization of viscous film flows over complex surfaces // Int. J. Multiphase Flow. 1992. - Vol. 18, N. 4. - P. 495-516.

321. Zuber N., Staub F.W. Stability of dry patches forming in liquid films flowing over heated surfaces // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1966. - Vol. 9. - P. 897 - 905.