Неустойчивые режимы течения при кипении в канале - возникновение, характеристики, влияние на теплообмен и кризис тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

СУДАРЧИКОВ Александр Михайлович

НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ПРИ КИПЕНИИ В КАНАЛЕ -ВОЗНИКНОВЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВЛИЯНИЕ НА ТЕПЛООБМЕН И КРИЗИС

Специальность 01 04 14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника

Авторефе рат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□03160255

Москва - 2007

003160255

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет) в Центре высоких технологий

Научный консультант

член-корреспондент РАН,

доктор технических наук, профессор,

Клименко Александр Викторович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, Зейгарник Юрий Альбертович

доктор технических наук, профессор, Кузма-Кичта Юрий Альфредович

доктор технических наук, профессор, Федоров Владимир Алексеевич

Ведущая организация Московский авиационный институт (Государственный технический университет) г Москва

Защита состоится 9 ноября 2007 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212 157 04 при ГОУВПО "Московский энергетический институт (технический университет)" по адресу 111250, г Москва, Красноказарменная ул, д 14, Малый актовый зал

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУВПО "МЭИ (ТУ)"

Автореферат разослан " ^ " О^ТЯ*'рЯ

2007 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, доцент

/МикаВИ/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Успешное решение задачи повышения эффективности использования теплообменного оборудования с кипящим в канале теплоносителем непосредственным образом связано со знанием условий возникновения в кипящем потоке гидродинамической неустойчивости Ее негативная роль заключается в возникновении в кипящем потоке колебаний давления, расхода и температуры стенки канала, которые могут привести к значительному отклонению их фактических значений от проектных и таким образом вызвать нарушение заданного режима работы оборудования Кроме этого, подобные колебания могут привести к раннему кризису кипения и таким образом не только ограничить величину теплового потока, отводимого от поверхности теплообмена, но и привести к физическому разрушению конструкции

Существенно неконструктивную роль гидродинамическая неустойчивость играет в экспериментальной практике при исследовании теплообмена и гидродинамики при течении теплоносителя в обогреваемом канале В частности, ее-возникновение является одной из причин неоднозначности экспериментальных результатов, получаемых при исследовании кризиса кипения в канале

Большинство экспериментальных исследований гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя было проведено при расходах, при которых в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине канала доминирует составляющая потерь на трение (в дальнейшем изложении "высокие расходы") Вместе с тем, на практике возможны ситуации, например при эксплуатации криогенных жидкостей, когда течение теплоносителя характеризуется расходами, при которых в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине канала доминирует нивелирная составляющая ("невысокие расходы") Однако условия возникновения и развития гидродинамической неустойчивости в кипящем теплоносителе в этих условиях практически не изучены Не исследовано влияние режимных параметров Не выявлены типы гидродинамической неустойчивости и их отличия от типов, характерных для высоких расходов теплоносителя

Практически не исследовано влияние гидродинамической неустойчивости на теплообмен при течении теплоносителя в обогреваемом канале

Большая часть опытных данных по исследованию гидродинамической неустойчивости накоплена в экспериментах с водой и некоторыми фреона-ми Известны немногочисленные работы, где исследования проводились на криогенных жидкостях - на водороде и азоте Однако объем опытных данных, полученных в этих работах, крайне ограничен К тому же эти исследования проводились в специфических условиях около- и сверхкритические давления в опытах с водородом или узкие диапазоны изменения режимных параметров и особенная геометрия образца в опытах с азотом

В настоящее время, по-видимому, отсутствует расчетный способ определения границы гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке теплоносителя, который был бы справедлив для разных жидкостей, различных условий их использования Существующие способы, как правило, верно отражая механизм возникновения колебаний, требуют для своего использования специфических сведений об условиях течения в обогреваемом канале теплоносителя, например способов расчета коэффициента гидравлического сопротивления течению кипящего теплоносителя, коэффициента теплоотдачи, паросодержания двухфазного потока и т д Или ориентированы на использование для конкретного теплоносителя и условий его применения

В связи с изложенным, экспериментальное исследование гидродинамической неустойчивости при течении в обогреваемом канале вынужденного потока азота при невысоких расходах в широком диапазоне изменения режимных параметров и прежде всего давления, ее влияния на теплообмен (теплоотдача при кипении, кризис кипения) и разработка способа расчетного определения границы гидродинамической неустойчивости для кипения в канале азота в этих условиях является чрезвычайно актуальным

Кроме этого, знание условий возникновения гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке теплоносителя позволит провести исследования теплоотдачи при кипении и кризиса кипения в ранее не исследованных диапазонах изменения режимных параметров, в частности, в условиях существования колебательных режимов течения кипящего теплоносителя

Работа выполнена в рамках научных исследований, проводившихся по грантам РФФИ, Минобразования РФ и Президента РФ, программам Минпромнауки РФ и Минобрнауки РФ

Цель работы Экспериментальное исследование гидродинамической неустойчивости- при кипении в канале вынужденного потока азота в условиях доминирования в суммарных потерях давления по длине парогенерирую-щего канала нивелирной составляющей Выявление физических закономерностей возникновения и развития гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке в указанных условиях его течения в канале Идентификация типа/типов гидродинамической неустойчивости Определение их места в общей классификации типов гидродинамической неустойчивости

Определение предельных условий существования в кипящем в канале потоке азота гидродинамической неустойчивости

Выяснение возможности перенесения выявленных закономерностей на теплоносители иного рода и иные условия их использования

Исследование влияния гидродинамической неустойчивости на теплоотдачу при кипении и кризис кипения при течении азота в обогреваемом канале Установление закономерностей и количественных характеристик этого влюшия-

Исследование теплоотдачи при кипении и кризиса кипения вынужден-

ного потока азота в канале в широких диапазонах изменения давления и теплового потока в условиях гидродинамически устойчивого и гидродинамически неустойчивого течения двухфазного потока Разработка рекомендаций

- для расчетного определения условий наступления в кипящем в канале потоке азота гидродинамической неустойчивости,

- для расчета теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале в исследованных диапазонах изменения режимных параметров, в частности при высоких тепловых потоках и давлениях,

- для расчета кризиса кипения в канале в исследованных диапазонах изменения режимных параметров, в частности при высоких давлениях Научная новизна Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование термо - гидродинамики при течении в обогреваемом канале азота в широком диапазоне изменения давления (р/ркр) - 0,08 - 0,82, недог-рева жидкости до температуры насыщения ЛТ„ед = (1,0 - 22,7) К, массовой скорости Б = (100 - 802) кг/(м2 с) и теплового потока <? = 0 - дкр

Подробно исследовано возникновение и развитие гидродинамической неустойчивости при течении в канале кипящего азота в условиях доминирования в суммарных потерях давления по длине парогенерирующего канала нивелирной составляющей - массовая скорость изменялась в диапазоне О = (100-670) кг/(м2с) Выявлены и подробно изучены физические закономерности исследованной в работе гидродинамической неустойчивости

Впервые подробно исследовано влияние гидродинамической неустойчивости на*теплоотдачу при кипении вынужденного потока азота в канале Выявлен и подробно исследован доминирующий при этом тип гидродинамической неустойчивости - термические колебания Установлены количественные связи между режимными параметрами на границе гидродинамической неустойчивости

Показано, что существуют условия течения в канале кипящего теплоносителя, при которых гидродинамическая неустойчивость не оказывает влияние на возникновение кризиса кипения Иными словами, в условиях существования в кипящем теплоносителе неустойчивости, возможно его продолжительное течение без возникновения раннего кризиса кипения в широком диапазоне изменения теплового потока, вплоть до критического теплового потока, соответствующего кризису кипения при его гидродинамически устойчивом течении

Предложена карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для кипения в канале вынужденного потока азота, охватывающая области невысоких и высоких недогревов жидкости до температуры насыщения, отличающиеся противоположным влиянием недогрева на гидродинамическую неустойчивость течения кипящего азота Определено условие, разделяющее границу гидродинамической неустойчивости (терми-

ческие колебания) на области невысоких и высоких недогревов

Предложены соотношения для определения условий наступления в кипящем потоке теплоносителя гидродинамической неустойчивости

Проведено исследование теплоотдачи при кипении азота в канале в широких диапазонах изменения теплового потока и давления как при гидродинамически устойчивом, так и при гидродинамически неустойчивом течении кипящего азота

Впервые проведено исследование теплоотдачи при кипении азота в канале для высоких давлений - дор = 23,2 105 Па ((р/ркр) - 0,68)

Показано, что степень влияния удельного теплового потока на интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении азота, является слабой функцией давления, т е для соотношения а~дп установлено, что п~р0'2

Впервые проведено экспериментальное исследование кризиса кипения вынужденного потока азота при высоких давлениях - до р = 27,3 105 Па Получены новые опытные значения удельного критического теплового потока дкр в ранее не исследованных диапазонах изменения давления, критического паросодержания (локальная гипотеза происхождения кризиса кипения) и массовой скорости

С использованием вновь полученных опытных значений критического теплового потока дкр проведена модификация фрагмента таблицы рекомендуемых значений критического теплового потока для кипения вынужденного потока азота в канале диаметром 8 мм для давления р = 20 105 Па Практическая ценность Получены новые знания о закономерностях возникновения и развития гидродинамической неустойчивости при течении жидкого азота в обогреваемом канале в условиях доминирования в суммарных потерях давления по длине канала нивелирной составляющей, которые могут быть использованы при проектировании теплообменных устройств с кипящим в канале теплоносителем, а также при разработке методик расчета условий наступления гидродинамической неустойчивости при течении в канале кипящего теплоносителя

Определена верхняя граница по давлению существования гидродинамической неустойчивости вообще и термических колебаний в частности в кипящем в канале вынужденном потоке теплоносителя в условиях доминирования в суммарных потерях давления по длине парогенерирующего канала нивелирной составляющей

Определены режимные условия существования в кипящем в канале потоке азота гидродинамической неустойчивости типа "термические колебания"

Построена карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для течения в обогреваемом канале вынужденного потока азота в широких диапазонах изменения давления, массовой скорости и недогрева жидкости

Определено условие, разделяющее границу гидродинамической неустойчивости на области высоких и невысоких недогревов жидкости, отличающиеся противоположным влиянием недогрева на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя

Предложены расчетные рекомендации для определения условий возникновения в кипящем потоке теплоносителя гидродинамической неустойчивости

Показана пригодность соотношения, разработанного для области высоких недогревов жидкости, для описания границы гидродинамической неустойчивости при кипении в канале теплоносителей иного рода, в частности воды и фреона -11

На защиту выносятся следующие результаты

1 Экспериментальные результаты исследования

1) гидродинамической неустойчивости в кипящем в канале вынужденном потоке азота и ее влияния на теплообмен (теплоотдача при кипении, кризис кипения) в условиях доминировании в суммарных потерях давления по длине канала нивелирной составляющей,

2) теплообмена при течении вынужденного потока азота в канале в широких диапазонах изменения теплового потока и давления, в том числе в условиях гидродинамически устойчивого и неустойчивого течения кипящего азота,

3) кризиса кипения азота в канале при высоких давлениях

2 Закономерности возникновения и развития гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке теплоносителя для условий доминировании в суммарных потерях давления по длине канала нивелирной составляющей

3 Соотношения для расчета границы гидродинамической неустойчивости кипящего в канале вынужденного потока азота для областей высоких и невысоких недогревов жидкости

4 Рекомендации для расчета теплоотдачи при кипении и кризиса кипения при течении вынужденного потока азота в канале при высоких давлениях

Результаты проведенных исследований, используются в учебном процессе МЭИ (ТУ) при подготовке бакалавров по направлению " Техническая физика ", инженеров по специальности " Техника и физика низких температур "

Личный вклад автора Автором сформулированы основные требования к экспериментальной методике Автор непосредственно участвовал в ее разработке на всех этапах, включая тестирование, программное обеспечение, апробирование и т д

Все экспериментальные результаты получены лично автором при участии руководимых им студентов

Автор принимал непосредственное участие в постановке задачи иссле-

дования, обработке, анализе и интерпретации полученных опытных результатов, выявлении закономерностей

Автором разработаны расчетные соотношения для определения границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) при кипении в канале вынужденного потока азота для областей невысоких и высоких недогревов жидкости Определено условие, разграничивающее указанные области недогревов жидкости

Апробация Основные результаты работы были доложены и обсуждены на 15 международных и всероссийских конференциях, симпозиумах, семинарах, проходивших в СССР, Российской федерации и за рубежом в период с 1983 по 2006 годы

Публикации Материалы диссертации изложены в 23 публикациях, а также в 25 научно-технических отчетах, ответственным исполнителем и руководителем которых являлся автор настоящей работы

Объем и структура работы Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и приложения (Атлас экспериментальных результатов) Содержит 320 страниц машинописного текста, включая 96 рисунков и 5 таблиц Список использованной литературы включает 139 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлено описание типов гидродинамической неустойчивости, возникновение которых возможно при течении двухфазного потока теплоносителя в различных геометрических и режимных условиях, в том числе и типичных для кипения в канале криогенных жидкостей

Обращено внимание на граничные условия, принимаемые в экспериментах по исследованию гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя

Проведен обзор экспериментальных исследований гидродинамической неустойчивости течения кипящего в канале теплоносителя, который позволил сделать выводы о степени изученности данной проблемы, определить целесообразные направления продолжения ее исследования с целью накопления опытных данных в ранее не исследованных диапазонах изменения режимных параметров, выявления неизвестных закономерностей данного явления Рассмотрены работы, в которых исследовались общие фундаментальные закономерности возникновения и развития гидродинамической неустойчивости при кипении в канале теплоносителя

Проанализированы полученные в них результаты и установленные закономерности Рассмотрены результаты исследования влияния режимных параметров - давления, расхода, теплового потока, недогрева жидкости до температуры насыщения, на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя

Показано, что экспериментальные исследования гидродинамической

неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя проводились в основном при высоких расходах, при кипении различных жидкостей в каналах разной геометрии и ориентации Именно для этих условий исследовались типы гидродинамической неустойчивости, наиболее часто встречающиеся в кипящем потоке теплоносителя на практике

Сделан вывод о крайней ограниченности исследований гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя при невысоких расходах Практически не изучено влияние на возникновение и развитие гидродинамической неустойчивости в этих условиях режимных параметров Не выявлены и не исследованы типы гидродинамической неустойчивости, характерные для этих условий, их особенности и отличия от типов, характерных для высоких расходов

В целом обзор экспериментальных исследовании позволяет сделать вывод о том, что, несмотря на многолетнее и пристальное внимание к данной проблеме, исследованиями не охвачены все многообразие практических ситуаций течения в обогреваемом канале/каналах двухфазного потока теплоносителя, в которых возможно возникновение гидродинамической неустойчивости

Исследования проводились при разном способе организации течения теплоносителя, на разных жидкостях, в произвольных диапазонах изменения режимных параметров и прежде всего давления В качестве экспериментальных образцов использовались каналы различной геометрии и ориентации Однако, условия проведения экспериментальных исследований не носят систематического характера

Так исследованиями охвачен широкий диапазон изменения давления Однако диапазоны изменения давления в каждой конкретной работе были ограничены конкретными условиями проведения опытов Соответственно, систематических экспериментальных исследований влияния давления, в широком диапазоне его изменения, на шдродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя фактически проведено не было Не были исследованы предельные условия существования в кипящем потоке гидродинамической неустойчивости

Практически не исследовано влияние гидродинамической неустойчивости на теплообмен, в частности на теплоотдачу при кипении и кризис кипения Зафиксированные в опытах термические колебания имели разную природу и их исследования носили поверхностный характер

В продолжающихся экспериментальных исследованиях гидродинамической неустойчивости в кипящем в канале теплоносителе исследователи продолжают открывать новые типы гидродинамической неустойчивости, не описанные в известных классификациях

Во второй главе проведен обзор способов расчетного определения границы гидродинамической неустойчивости течения в канале/каналах кипящего теплоносителя, которые наиболее верно отражают механизм возник-

новения гидродинамической неустойчивости, характеризуются наибольшей проработанностью и, по-видимому, наиболее перспективные для практического использования Они могут быть сгруппированы следующим образом

1) Расчет распределения параметров двухфазного потока теплоносителя по длине царогенерирующего канала и их изменение во времени при возникновении и существовании в кипящем потоке гидродинамической неустойчивости

В этом случае применяются численные методы Их использование позволяет с необходимой точностью рассчитать распределение плотности смеси, давления, паросодержания двухфазного потока и т д по длине канала в произвольный момент времени и их изменение во времени при любых начальных условиях и практически для любой геометрии канала С помощью численных методов возможно исследование любых типов гидродинамической неустойчивости Однако, необходимость использования при этом соответствующих эмпирических соотношений, а также зависимость решения от исходных условий и, следовательно, невозможность перенесения полученных результатов на иные условия, сужает возможности их применения на практике

2) Определение количественного условия, при выполнении которого в кипящем потоке теплоносителя может возникнуть гидродинамическая неустойчивость

К этой группе относятся способы расчета границы гидродинамической неустойчивости кипящего теплоносителя без описания ее развития и ее характеристик

Расчетные способы, отнесенные к этой группе, вполне адекватны природе гидродинамической неустойчивости, возникающей в кипящем потоке, однако их использование на практике связано со знанием способа расчета гидравлического сопротивления течению в канале кипящего теплоносителя

3) Эмпирические соотношения Разработаны с использованием опытных данных, полученных в специально поставленных экспериментах В связи с чем обладают, по-видимому, наиболее высокой точностью и надежностью

4) Графические методы Обладают наибольшей наглядностью В качественном отношении верно описывают границу гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя как для области высоких, так и невысоких недогревов жидкости Однако известные графические методы не полностью описывают влияние режимных параметров на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя

Заметим, что, по-видимому, большинство расчетных способов, описывающих гидродинамическую неустойчивость кипящего в канале теплоносителя, ориентировано на условия его течения при высоких расходах

В целом проведенный обзор позволяет сделать вывод о том, что существующие способы расчетного определения границы гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке теплоносителя, как правило, верно отражая механизм возникновения колебаний, требуют специфических сведений об условиях течения теплоносителя в канале, например, способов расчета коэффициента гидравлического сопротивления течению кипящего теплоносителя, коэффициента теплоотдачи, паросодержания двухфазного потока, их распределения по длине канала, и т д или ориентированы (эмпирические соотношения) на использование для конкретного теплоносителя И, по-видимому, в настоящий момент не существует универсального расчетного способа, который был пригоден для разного рода жидкостей, различных условий их использования

В третьей главе представчено описание экспериментальной установки (ЭУ), ее основных узлов, методики проведения опытов и обработки полученных результатов ЭУ позволяет исследовать теплообмен и гидродина-

мику при вынужденном течении теплоносителя в каналах различной геометрии и ориентации в широких диапазонах изменения давления, расхода, теплового потока и недогрева жидкости

16

6

На рис 1 показана принципиальная схема экспериментальной камеры (обозначения на рисунке 1 (вход), 2, 8 (выход), 9 - вентили, 3 -охладитель, 5 - датчик расхода, 4, 7 - входная и выходная камеры, соответственно, 6 - экспериментальный участок, 11, 17 - манометры, 14 - заг-

10 лушки, 10 - датчики дав-

ления, 12 - электрические кабели, 15, 16 - секции камеры, 13 - штуцер для монтажа термометра

ТСПН)

Измерительно-

информационная систе-

ма (ИИС) ЭУ состоит из двух независимых частей Первая часть ИИС состоит из цифровых высокоточных приборов Ее временное разрешение (1,5 - 30) с Вторая часть ИИС состоит из 12-ти разрядного 8-ми канального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) Время преобразования для второй части 0,1 с Обе части ИИС сопряжены с микро-ЭВМ типа IBM PC/AT Подобное построение ИИС ЭУ позволило объединить высокую точность цифровых приборов и высокое быстродействие АЦП и соответственно получать более полную и подробную информацию об исследуемом явлении Аппаратное исполнение ИИС и ее программное обеспечение позволяют проводить опыты в реальном масштабе времени

В качестве экспериментального образца использовалась прямолинейная круглая труба промышленного изготовления, электрически обогреваемая на длине 1447,0 мм, вну гренним диаметром 11,9 мм и толщиной стенки 0,3 мм Материал - нержавеющая сталь 12Х18Н10Т Ориентация - вертикальная Течение теплоносителя подъемное

В опытах измерялись следующие параметры давление на входе в экспериментальный образец Рм, перепад давления между входным и выходным сечениями образца Ар, объемный расход жидкости V, температура потока на входе в образец Тех и выходе из него Твыу, температура наружной поверхности образца в 19 сечениях с шагом 100 мм и с последующим пересчетом на внутреннюю поверхность Тст, удельный тепловой поток q

ИИС ЭУ при проведении экспериментов позволяла измерять мгновенные значения указанных параметров и их распредепение во времени (временные зависимости)

Давление и перепад давления измерялись с помощью мембранных датчиков давления Объемный расход - с помощью турбинного датчика расхода Температура - с помощью медь-константановых термопар (диаметр электрода 0,2 мм)

На вход (поз 1-3-4-5 на рис 1) экспериментального образца во всех опытах поступала жидкость, недогретая до температуры насыщения -обеспечивались условия так называемого "жесткого входа" Конструктивное исполнение выхода из образца соответствовало свободному сжимаемому пространству (поз 7 - 8) Таким образом практически исключалось влияние условий на выходе на поток в канале

После установления соответствующих значений давления, расхода, температуры жидкости на входе в образец и последующей стабилизации показаний всех измерительных датчиков, проводилось увеличение теплового потока q небольшими интервалами Aq

Колебания в кипящем потоке регистрировались датчиками, измеряющими перепад давления Ар, объемный расход V и температуру стенки образца Тст (или температурный напор на стенке ЛГ= Тст - Тнас) За наступление гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке азота принима-

лось установление развитых колебаний Ар и/или V с квазипостоянными периодом и амплитудой, существенно превышающими фоновые значения В экспериментах фоновые колебания составляли для объемного расхода У± 4,1 %, для перепада давления Ар ± 8,6 % от средних значений

При анализе и интерпретации полученных результатов использовалась относительная энтальпия потока (массовое расходное паросодержание), рассчитываемая по балансовому уравнению для круглого прямолинейного канала с равномерным распределением теплового потока по поверхности канала в предположении термической равновестности течения двухфазного потока хвых

При исследовании пузырькового кипения азота измерялись локальные значения коэффициента теплоотдачи а, (г - номер сечения, в котором установлена терМОПара) РаССМаТрИВаЛОСЬ раЗВИТОс ПуЗЫрЬКОБОс КНПСНИС йЗОТЯ в канале, тек анализу привлекались опытные данные, значение которых более чем вдвое числено превышали коэффициент теплоотдачи для однофазной вынужденной конвекции

Кризис кипения фиксировался термопарами, измеряющими температуру стенки образца - применялся термопарный метод детектирования кризиса

Погрешность измерений режимных параметров в экспериментах была следующей удельный тепловой поток д - 3,2 %, давление р - 2,0 %, перепад давления Ар - 3,6 %, массовая скорость О - 1,2 %, температура Т - 0,2 К, относительная энталышя (паросодержание) хеых - 3,6 %

Условия проведения опытов были следующие

1) Эксперименты по исследованию гидродинамической неустойчивости в кипящем в канале вынужденном потоке азота

- давление изменялось в диапазонер=(2,6-27,8) 105Па (р/рк?)«0,08-0,82,

- массовая скорость - О - (100 - 670) кг/(м2 с),

- недогрев жидкости на входе в образец - АТнед= (1,1- 22,7) К,

- удечьный тепловой поток - д = 0 - дкр

2) Эксперименты по исследованию теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале проводились при следующих условиях

- давление изменялось в диапазонер=(8,4-23,2) 105Па (р/ркрУ*0,25-0,68,

- массовая скорость - в = (108 - 802) кг/(м2с),

- удельный тепловой поток - д = (10,1 - 98,8) кВт/м2

3) Эксперименты по исследованию кризиса кипения вынужденного потока азота в канале проводились при следующих условиях

- давление изменялось в диапазоне р = (2,9 - 27,3) 105 Па (р/ркр) ~ 0,085 - 0,80,

- массовая скорость - в = (260 - 670) кг/(м2с),

- недогрев жидкости на входе в образец - АТнга = (1,0 - 15,0) К,

- критическое паросодержание - хко = (0,18 - 1,0)

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего азота (без термических) Проведено исследование влияния режимных параметров на возникновение и развитие гидродинамической неустойчивости Влияние теплового потока На рис 2 показаны результаты опыта, проведенного при невысоких давлениях - р = (3,1 - 3,6) 105 Па Можно видеть, что колебания Лр и V, возникающие в кипящем потоке при увеличении удельного теплового потока д, имеют развитый характер Увеличение д при прочих неизменных условиях приводит не только к возникновению колебаний,-но и влияет на их характеристики период и амплитуду На зависимостях ф(г) и У(т) можно видеть два колебательных участка, отличающиеся периодом и амплитудой Первый участок соответствует невысоким значениям удельного теплового потока д - колебания возникают при ц = 1,2 Вт/м2 Увеличение удельного теплового потока до ц - 2,4 кВт/м2 приводит к увеличению амплитуды колебаний Лр и V, не изменяя их период, среднее значение которого здесь Т = 3,2 с (среднеквадратическое отклонение (У„_1 = 4%) Относительная энтальпия потока хшх имеет невысокое значение и изменяется в узком диапазоне ~ (-0,02 - 0,00) При этом на

внутренней поверхности образца было зафиксировано пузырьковое кипение недогретой жидкости

Второй колебательный участок соответствует бо'лыиему значению удельного теплового потока д и характеризуется бо'лыними значениями

амплитуды и периода колебаний Среднее значение периода колебаний Ар и V здесь равно Г = 6,2 с (<ТИ_, = 6,3 %) Паросодержание хеых > 0,02

На рис -2 на зависимостях Лр(т) и У(т) между указанными колебательными участками видна узкая область, характеризующаяся подавлением колебаний Этой области соответствует невысокое положительное значение относительной энтальпии потока хвых = 0,00 - 0,02

О влиянии удельного теплового потока д на возникновение и развитие колебаний в кипящем азоте, и их характеристики при увеличении давления можно судить по рис 3, где показаны опытные данные для р = (12,8 -14,4) 105 Па Можно видеть, что при бо'льшем давлении колебания, возникающие в кипящем потоке азота при увеличении д отличаются периодом и

р 10 , та>ч>

Па К кВт/м2 100

амплитудой от колебаний при меньшем давлении, см рис 2 Удельный тепловой поток в опыте на рис 3 изменялся в диапазоне ц = (9,3 - 78,7) кВт/м2, относительная энтальпия потока - хшх = - 0,06 — 0,69 На рис 3 на зависимости Лр(т) также можно видеть два колебательных участка с узкой областью между ними, где колебания подавлены Первому колебательному участку соответствует хеых = - 0,05 - 0,09 Заметим, что это несколько бо'лыпее значение хеь1Х чем для первого колебательного участка на рис 2, что вероятно можно объяснить более высоким давлением Диапазон изменения хвых также охватывает отрицательные и положительные околонуле-

вые значения аналогично рис 2 Среднее значение периода колебаний Ар равно Т = 4,1 c(<T„_j = 7,6 %) Второму колебательному участку на рис 3 соответствует хвых = 0,22 Период колебаний Ар имеет бо'льшее значение, равное Т = 4,6 с (<ТИ_, = 9,6 %)

Таким образом, при увеличении давления характеристики колебаний в кипящем потоке азота - период и амплитуда меняются

Увеличение теплового потока в диапазоне oiq = Qvijxoq = qKp (при этом хвых = - 0)06 - 0,69 на рис 3) при высоких давлениях по сравнению с невысокими давлениями не приводит к существенному изменению периода колебаний - период колебаний Zip изменяется в узком диапазоне - Т - (4,1 -4,6) с на рис 3 и при этом слабо увеличивается с увеличением удельного

тст к'

300

250

200

150

100

теплового потока д

Влияние удельного теплового потока q на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего азота при более высоких давлениях можно видеть из рис 4, где приведены опытные данные для ¿>=(23,0-27,8) 105 Па Относительная энтальпия потока хвых в этих опытах изменялась в диапазоне от отрицательных значений и до хв„к=0,97 Как видно из рис 4, изменение q в диапазоне 0^кр при этих давлениях не приводит к возникновению в кипящем потоке азота гидродинамической неустойчивости Только после возникновения кризиса кипения в кипящем

потоке были зафиксированы колебания V Этому моменту соответствует

т„, V 103, К м3/с 300 г

250

200)-

150

0,5

0,4

0,3

0,2

о.зз I

^0,20

р 10', Я. Па кВт/м2 --^30 .

Р 0,17

^ \ .1

х .= -0,05

V__I | I

_ I----

г-' Ч !;

0,03

\

V

\ т ^

- 5

^20

40

0,1

>4

рУ\Ч. '.....\ .

3 1

^15-|20

-з ю

¡УН

0,0'

200

400

I 1

500

-20

Рис 5

давлениер = 23,8 10 Па (хеых« 1,0)

Влияние давления Влияние давления р на возникновение гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке азота можно видеть, анализируя опытные данные, показанные на рис 5 (р = (5,6 - 26,9) 105 Па) и рис 6 (р = (17,1 - 26,0) 105Па) Колебания в этих опытах фиксировались по показаниям датчика', измеряющего У

т , ^ 1°!:

100 150

Рис б

Из рис 5 и 6 можно видеть, что изменение р существенным образом

влияет на гидродинамическую неустойчивость течения кипящего азота Причем, не только на сам факт возникновение колебаний, но и на их период Так в опыте на рис 5 при давлении более р = 21,0 105 Па (г > 267 с) в кипящем потоке не было зафиксировано колебаний И только при уменьшении р ниже этого значения (при этом хвых > 0,17) в кипящем потоке возникли колебания малой интенсивности (амплитуды) При дальнейшем уменьшении давления от ~20,7 105 Па до ~ 19,4 105 Па (г = 300 с) интенсивность колебаний заметно увеличилась, см Лт = (260 - 300) с И при меньшем давлении р < 12,4 105 Па (т> 368 с) колебания имели существенно бо'лыние значения периода и амплитуды

Таким образом, опытные данные на рис 5 показывают, что изменение давления влияет и на возникновение колебаний и на их характеристики -уменьшение давления vвeчичивaлo период копебаний V Так на рис 5 в интервале Лг=(260-300) с (С?=(350-410) кг/(м2 с)) среднее значение периода Т =3,1 с, а в интервале Д?=(368-415) с (С=(470-560) кг/(м2 с)) среднее значение периода колебаний составляет бо'льшее значение равное Т =6,7 с

Отметим, что при увеличении давления р период колебаний стремился к единому значению в широких диапазонах изменения удельного теплового потока д и относительной энтальпии потока хеь!Х

Влияние давления на пороговое значение паросодержания (без термических колебаний") Пороговое значение паросодержания хеых, при котором в кипящем потоке азота возникают колебания, зависит от давления р Это иллюстрирует рис 5 При давлении р = 21,1 105Па(г = 264 с) колебания возникали при паросодержании хвь1Х =0,17 Среднее значение амплитуды

колебаний Vсоставляет Ах=- 0,0036 10"3 м3/с, а среднее значение периода

колебаний К равно Т = 3,1 с При уменьшении давления до р = 12,4 105 Па (г = 368 с, О = 560 кг/(м2с)) на рис 5 началу колебаний соответствует существенно меньшее паросодержание хвых = 0,03. Изменились и характеристики колебаний Так средние значения амплитуды и периода колебаний V

здесь равны Ау- 0 14 10"3 м3/с и Т - 6,7 с

Похожий результат наблюдался в опыте, результаты которого представлены на рис 6 При высоких давлениях пороговое значение хвых имеет бо'льшее значение, чем при низких давлениях Так прир = 18,1 105 Па (т = 241 с) пороговое значение хвоа = 0,36 При меньшем давлении р = 12,3 105 Па колебания возникали при меньшем пороговом паросодержании хвых = 0,20 (продолжение опыта на рис 6, здесь не показано)

Таким образом, увеличение давления р приводит к увеличению порогового значения паросодержания х6ых

Влияние расхода теплоносителя (без термических колебаний) Уменьшение расхода оказывало дестабилизирующее влияние на течение в канале кипя-

щего азота Подобный результат был обнаружен в широком диапазоне изменения давления, вплоть до р = 21,6 105 Па В опыте при р = (15,4 -17,9) 105 Па уменьшение расхода от V = 0,05 10"3 м3/с до V = 0,03 10"3 м3/с привело к появлению в кипящем потоке колебаний Причем, при уменьшении расхода амплитуда колебаний Ар увеличилась

Влияние начала кипения на возникновение колебаний На рис 7 показаны зависимостир(т), У(т), Ар(т), полученные в опыте, проведенном при давлении р = (3,1-4,1) 105 Па Здесь же приведена зависимость хвых(т) На кривой

ЛР'О3, р Ю"5, V ю3, я.

х»»< Па Па м3/с кВт/м2

0,6 г0,7р—^-^—г-,--. ,.,,.■-,—г-,----^-г, , , ,0,15^

хвых (г) вертикальной линией "А" указан момент времени, соответствующий условию хеых — 0 Стрелкой на кривой Ар(т) указан момент времени, соответствующий началу пузырькового кипения азота Видно, что пузырьковое кипение начинается при хвых < 0, при кипении недогретой жидкости т е колебания возникают с появлением в потоке паровой фазы В пятой главе представлены результаты экспериментального исследования теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале в условиях гидродинамически устойчивого и неустойчивого течения кипящего азота Теплоотдача в условиях гидродинамически неустойчивого течения в канале кипящего азота Термические колебания В определенных условиях в опытах были зафиксированы колебания температуры стенки канала Тст (или АТ) Подобные колебания Т„ относятся к типу гидродинамической

неустойчивости "термические колебания"1

На рис 2, 3, 7 на зависимостях д(т) стрелкой указан момент наступления термических колебаний В опытах было показано, возникновение термических колебаний возможно в широком диапазоне изменения давления При невысоких давлениях р, когда в опытах были зафиксированы два колебательных режима течения кипящего азота, термические колебания возникли при втором колебательном режиме течения При этом на внутренней поверхности образца имело место пузырьковое кипение насыщенной жидкости

На рис 8 приведены опытные данные, показывающие возникновение ч.

кВт/ч'

ДТ,К

Рис 8

термических колебаний при давлении р = 5 105 Па Массовая скорость изменялась в диапазоне G = (320 - 580) кг/(м2с) Стрелками указан момент возникновения термических колебаний При термических колебаниях температурный напор AT изменялся между значениями, соответствующими на рис 8 линиям А и В Линия А соответствует развитому пузырьковому кипению азота при гидродинамически устойчивом течении потока Линия В -наименьшим значениям AT, достигнутым в опытах при наличии в кипящем потоке азота термических колебаний

В некоторых опытах был зафиксирован кризис кипения, вызванный ко-

1 Boure J A, Bergies A E , Tong L S Review of Two-Phase Flow Instability, Nuclear Engineering and Design, Vol 25, pp 165-192(1973)

лебаниями в кипящем потоке азота, т н ранний кризис кипения - значение удельного критического теплового потока дкр при этом было меньше дкр, соответствующего кризису при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота Вместе с тем, в опытах было показано, что в определенных условиях колебания в кипящем потоке азота не приводили к возникновению раннего кризиса кипения - кризис возникал при тепловом потоке, соответствующем кризису при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота, см опытные данные при С = 320 кг^м^с) и б = 450 кг/(м2с) на рис 8 При этом АТ, соответствующие кризису кипения, соответствовали критическому температурному напору АТ при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота

Таким образом, термические колебания, возникающие в кипящем в канале потоке азота в определенных условиях могут существовать продолжительное время, не приводя к кризису кипения

ч,

кВт 100 90 80 70 60 50 40

30

20

10

С увеличением давления интенсивность термических колебаний уменьшалась В этом можно убедится, сравнивая данные на рис 8 и 9 Так при р = 5 103 Па на рис 8 наступление термических колебаний имеет резкий, скачкообразный характер и сами термические колебания характеризуются АТ с наибольшей амплитудой - АТ линии В отклонялись от АТ линии А приблизительно в 2 раза На рис 9 показаны результаты опытов для р = 12,0 105 Па (а) и р - 16,0 105 Па (б) Увеличение давления до р = 12,0 105 Па привело к тому, что дистанция между линиями А и В уменьши-

- 20 %

1

■ • г/

---35% 0

V

г> •

1 • /

У

* А / + 35°/ *

кВт/м 80 70 60 50

40 30

20

—1

- 3 5 % |_ < 1 I

• 1

/•

/ \ •

Л 1 + 35 %

1

в 1

О б

3 4 1 ДТ,К Рис 9

3 4 ДТ, К

лась и переход к термическим колебаниям стал менее резким Отклонение значений AT линии В от значений AT линии А в среднем составило ~ 20 % рис 9а Для давления р = 16,0 105 Па это отклонение меньше и практически не превышает погрешность измерения AT. рис 9б По-видимому, давление р = 16,0 105 Па ((р!ркр) = 0,47)) можно считать верхней границей существования в кипящем потоке азота термических колебаний При превышении этого давления интенсивность термических колебаний становится практически несущественной Определенная граница по давлению существования в кипящем потоке азота термических колебаний (р!ркр) = 0,47 вероятно может иметь значение и для теплоносителей иного рода

На рис 9 показана линия А, осредняющая данные по пузырьковому кипению азота в канале при его гидродинамически устойчивом течении Здесь же приведены пунктирные линии, соответствующие ± 35 % отклонению от линии А Из рис 9 можно видеть, что опытные данные, находящиеся под влиянием гидродинамической неустойчивости типа "термические колебания" не выходят за пределы ± 35 % интервала Это означает, что, начиная с давления р = 12 0 105 Па ((р/ркр) > 0,35) можно игнорировать, возникающие термические колебания и использовать для расчета теплоотдачи при пузырьковом кипении азота в канале соотношения, разработанные для гидродинамически устойчивого течения кипящего теплоносителя и имеющие погрешность ± 35 %2

Влияние массовой скорости и недогрева жидкости на возникновение термических колебаний Из рис 8 можно видеть, что увеличение массовой скорости в диапазоне от 320 кг/(м2с) до 580 кг/(м2с) повышает пороговое значение удельного теплового потока q, соответствующее наступлению термических колебаний более чем в 2 раза - от q » 10 кВт/м2 до q « 22 кВт/м2, оказывая таким образом стабилизирующее воздействие на течение в канале кипящего азота

На рис 10 показано влияние массовой скорости G на пороговое значение удельного теплового потока q Опытные данные позволили установить количественную зависимость между пороговым значением q и массовой скоростью G, а именно q ~ G '2 Из рис 10 видно, что степень влияния G на пороговое значение q в исследованных диапазонах изменения давления р и недогрева АТнед остается практически постоянной

Как видно из рис 10, увеличение недогрева жидкости от АТнед = (2,4 -3,5) К до АТнед = (7,8 - 9,0) К при условии G = const приводит к значительному росту порогового значения удельного теплового потока q При этом в опытах в кипящем потоке азота не было обнаружено влияния изменения

2

Klimenko V V A generalized correlation for two-phase forced flov heat transfer - second assessment, Int J Heat Mass Transfer Vol 33, No 10, pp 2073-2088,1990

давления в диапазоне р = (2,6 - 5,5) 105 Па на возникновение термических колебаний

Влияние геометрии канала на возникновение термических колебаний Исследовано влияние относительной длины канала l/d экспериментального образца на пороговое значение удельного теплового потока q Были рассмотрены опытные данные настоящей работы (l/d) = 121,6 и работы 3, где экспериментальный образец имел внутренний диаметр d = 10,0 мм и (l/d) = 185,0 В результате показано, что увеличение относительной длины канала в диапазоне от (l/d) = 121,6 до (l/d) = 185,0 приводит к незначительному уменьшению порогового значения удельного теплового потока q приблизительно на 6 %

Влияние давления на пороговое значение паросодержания при термических колебаниях Исследовано влияние давления р на пороговое значение паросодержания х8МЮ соответствующее наступлению термических колебаний Рассматривается область высоких недогревов жидкости

- 1 р дт I нел □ 6,0-7,9 10s Па, 5,9-8 2 К © 4,2-5,5 105 Па, 7,8-9,0 К В 2,6-3,4 105 Па, 2,4-3,5 К ! 1 1

„ п 1 А у

! □ 1 1 I ! ^ и ~g'2 Щ

Г ^-и

1

q~G

ш

1С0 200 300 400 500 600 700

Рис 10 G, кг/(м2 с)

Из опытных данных, показанных на рис 2, 3 видно, что термические кочебания при увеличении давления возникают при более высоких паросо-

3 Сударчиков А М Экспериментальное исследование интегральных характеристик теплообмена при вынужденном движении двухфазного потока азота в длинном вертикальном канате и расчетные рекомендации Дисс канд техн наук - Москва, 1984 - 169 с

держаниях хеых

На рис" 11 приведены опытные данные, показывающие влияние давления на пороговое значение паросодержания хвых Опытные данные на рис 11 соответствуют следующим условиям давление р = (2,6 - 16,3) 105 Па, недогрев жидкости АТяед = (2,9 - 16,9) К, массовая скорость О = (340 - 440) кг/(м2с)

•

• • _

Ф

• ф L

«1 1 г • J e » Г

0 5 10 15 20 25

Из рис 11 видно, что увеличение давления р^ приводит к увеличению порогового значения паросодержания хеых На рис 11 весь диапазон изменения рвх можно разделить на два, характеризующиеся различным влиянием р,,х на пороговое значение хвых Первый диапазон ~ до рвх~ 6,0 105 Па соответствует невысоким хвых и практически отсутствуем влияния рех на хвь1Х Второй диапазон при рвх > 6,0 105 Па, напротив, характеризуется довольно сильной зависимостью порогового значения хшх от рех рис 11

На рис 12 показано сравнение опытных данных с рис 11с картой режимов течения двухфазного потока в канале Хьюитта-Робертса 4 На рис 12 пунктирной линией опытные данные объединены в группы по давлению, рядом указаны диапазоны изменения давления р в (105 Па) Стрелка-

4 Hewitt G F and Roberts D N Studies of two-phase flow patterns de simultaneous X-ray and flaskphotography UKAEA Rep № AERE-M2159 1969

ми указано направление увеличенияр Видно, что с увеличением^ режимы течения в канале кипящего азота меняются в направлении из области сна-

10* Р»и22

ю3 ю2 10' 10° 10'

рядного в направлении вспененного и далее кольцевого режимов течения Так для р = (2,6 - 5,5) 105 Па вероятный режим течения двухфазного потока вероятно снарядный При более высоких давлениях -р = (9,7 - 15,8) 105 Па опытные данные, по-прежнему находясь в области существования снарядного режима, располагаются вблизи границы между снарядным и вспененным режимами течения И при р - 16,3 105 Па вероятно режим течения двухфазного потока азота в канале будет вспененный

Таким образом, сравнение опытных данных с картой Хьюитта -Робертса дают основания полагать, что термические колебания, зафиксированные в опытах в данной работе, обусловлены снарядным режимом течения в канале кипящего азота

Исследование теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале в широких диапазонах изменения теплового потока и давления ("включая и высокие давления) Разработанная в работе экспериментальная методика позволила провести исследования теплоотдачи при кипении в канале азота в диапазонах изменения д и р, в которых в кипящем потоке возникала гидродинамическая неустойчивость наибольшие достигнутые в опытах значения удельного теплового потока с/ = 98,8 кВт/м2, давленияр = 23,2 105 Па

Ко; ьцевой Дисперсно - кольце: юй

Г 1 1!

Вс пененный 16, ———1 \1 Пузырько вый

^ у,/-и,6 * \ ! \ ! Снаряднь % * 1

/ \

ю1 ю2 ю3 ю" ю5

Рис 12 ри г

На рис 13 и 14 приведены опытные данные, показывающие влияние # и р на интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении азота в канале

а, кВт/(м К)

I 1 4

р, 105Па О 10 • 14 Д 18 + 20 !-

1- + £

+ д г< >

-А • < ¿а т«

¿Л • О! О

"о

1 к •о о

О

7 8 9 10

20

Рис 13

q, кВт/м

а, кЗт/(м2К)

1 I'll данные настоящей работы ▼ q = 9,5 хВт/м2 A q = 25,0 кВт/м2 3 данные раооты V q = 9 5 кВт/ч2 Д q = 25,0 кВт/м2 1

1 1>

/ ▼

-Ч--| —

-- ё

-г У

д 1

i

-- -м Г а

3 ___i_!__I_——1-----

1 2 3 4 5 6 7 8 910 20 30

Рис 14 р, 105Па

Опытные данные на рисунках соответствуют гидродинамически устойчивым режимам течения кипящего азота Коэффициент теплоотдачи а - значение, осредненное по длине образца для области пузырькового кипения

Как можно было ожидать, увеличение удельного теплового потока д и давления р приводит к интенсификации теплоотдачи при пузырьковом кипении азота, смещая зависимости а =/(д) и а =/(/?) в область более высоких значений коэффициента теплоотдачи

В работе исследовано влияние давления р на численное значение показателя степени п в зависимости а ~ д п На рис 15 приведены данные на-

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

0,3 0,2

1 1 ;

1

__О данные настоящей работы 9 данные работы 3

4-

- —м 5"

1 Ц V- •

• •

I .. 1

3 4 5 678910 Рис 15

20 30 р, 105 Па

стоящей работы и работы Можно видеть, что показатель степени п есть слабая функция давления, и с увеличением р увеличивается в диапазоне от ~ 0,5 до ~ 0,9 В результате обработки опытных данных на рис 15 с помощью метода наименьших квадратов установлено, что п ~р0,2

Опытные данные по теплоотдаче при пузырьковом кипении вынужденного потока азота в канале были сравнены с соотношением 2 Показана пригодность этого соотношения для описания теплоотдачи при кипении азота в канале до (р/рхр)= 0,68

Наблюдаемое в опытах увеличение показателя степени п в зависимости а~ дп с увеличением давления р очевидно соответствует тем изменениям, которые вероятно происходят в структуре двухфазного потока теплоносителя в канале и, по-видимому, в механизме теплопередачи при увеличении р Известно, что пузырьковое кипение в пленке характеризуется меньшей интенсивностью, чем пузырьковое кипение в условиях большого объема

Согласно 5 для кипения в пленке п = 0,5, для кипения в большом объеме принимается п = 0,7 Наблюдаемое на рис 15 увеличение и с увеличением р, вероятно соответствует изменению доминирующей ситуации в канале от пузырькового кипения в пленке (и = 0,5) - при снарядном режиме течения

4>р> кВт/м2 200

100 90 80 70 60 50 40

30

20

1 2 3 4 5 б 7 8 910 20 30 40

Рис 16 р, Ю5Па

двухфазного потока при наименьших р, до пузырькового кипения в большом объеме (в = 0,7) - при пузырьковом режиме течения двухфазного потока при более высоких р, при которых снарядный режим течения не существует Этот вывод согласуется с результатами, полученными в работе при исследовании гидродинамической неустойчивости и ее влияния на теплообмен

В шестой главе представлены результаты экспериментального исследования кризиса кипения вынужденного потока азота в канале в условиях гидродинамически устойчивого и неустойчивого течения в канале кипящего азота

Кризис кипения в условиях гидродинамически неустойчивого течения в канале кипящего азота ("ранний кризис кипения) В опытах в определенных условиях был зафиксирован кризис кипения обусловленный возникновением гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке азота, т н ран-

5 Григорьев В А, Павлов Ю М , Аметистов Е В Кипение криогенных жидкостей

М , "Энергия", 1977, 288 с ил

О О \ о

V" ог

о

\ О

Л

,, 2 ч \

О опытные данные настоящей работы, • опытные данные работы6, -таблица6 С=300кг/(м2с) х =0,6 | "'1 "" 1 1 -г- ¡Тп \

ний кризис кипения Измеренные значения удельного критического теплового потока дкр,эксп при раннем кризисе кипения были сравнены с значениями дкр,расч > соответствующими гидродинамически устойчивому течению в канале кипящего азота и рассчитанными по таблице рекомендуемых

СН^0-290)кг/(м с), ^=(0,57-0,75) О опытные данные настоящей работы, • опытные данные работы6,

5 6 7 8 910 Рис 17

30 40

р, 10 Па

значений удельного критического теплового потока дкр для кипения вынужденного потока азота в канале диаметром г? = 8 мм 6 Все значения опытные значения удельного критического теплового потока дкр были приведены к диаметру мм в соответствии с соотношением (дкр^/д^)= {<И8)т

Таблица рекомендуемых значений 6 ограничена наибольшим давлением р = 20,0 1 05 Па Поэтому, сравнение опытных значений дкр с результатами расчета по таблице6 ограничено давлением р = 20,0 1 05 Па

На рис 5 и 6 приведены результаты опытов, в которых давление менялось в широком диапазоне Отчетливо прослеживается влияние р на возникновение кризиса кипения, вызванного колебаниями Так на рис 5 можно видеть, что кризис кипения, обусловленный колебаниями в кипящем по-

6 Аль-Абуд Ф Экспериментальное исследование и построение таблицы рекомендуемых значений критической плотности теплового потока при вынужденном движении двухфазного потока азота в равномерно обогреваемом вертикальном канале Дисс канд тех наук - Москва, 1991

токе возник при давлении р = 19,1 105 Па ( г = 301,6 с) При этом удельный

Ч№, кВт/м 200

гО

О

-а

С=(370-460)кг/(м с), х1р=(0,34-0,45) О опытные данные настоящей работы -таблица'

а

N

0=400 кг/(м" с), хкр=0,4

О

гидродинамическая неустойчивость

т

-т-г

<5:

3 4 5 6 7 8 910 Рис 18

20 30 40 р,105 Па

критический тепловой поток был равен дкржсп- 51,1 кВт/(м2с) и {Чкрэксп^кррасч) - 0,78 При дальнейшем уменьшении давления р кризис кипения, обусловленный колебаниями, возник при меньшем р = 10,5 105Па(г = 414,4 с) Здесь удельный критический тепловой поток дкржс„ = 53,4 кВт/м2 и соответственно (дщэкс„/дкр,ра„) = 0,26

Как можно видеть, наибольшие расхождения между опытными и расчетными значениями удельного критического теплового потока дкр были достигнуты при наименьшем давлении р = 10,5 105Па

Аналогичный результат был получен в опыте, результаты которого приведены на рис 6 При наибольшем давлениир = 18,2 105 Па (г= 241 с) -Якржси = 79,1 кВт/м2 и (дКрэКсп/дтрасч) = 0,89 Для меньшего давления= 11,8 105 Па - дкрж„= 56,0 хВт/м2 и {дкрж„1дКр,расч) = 0,32

Таким образом, увеличение р приводит к увеличению дкр, соответствующего кризису кипения, вызванному колебаниями Иными словами с увеличением давления исчезают условия для возникновения раннего кризиса кипения

Кризис кипения в условиях гидродинамически устойчивого течения в канале кипящего азота (высокие давления) Проведено исследование кризиса кипения вынужденного потока азота в канале в широком диапазоне изменения давления, вплоть до р « 27,3 105 Па ((р/р^) » 0,80) Полученные опытные значения удельного критического теплового потока дкр для давле-

ний (ргркр) > 0,47 соответствуют гидродинамически устойчивому течению в канале кипящего азота

Анализ и интерпретация подученных опытных данных проводились с

V кВт''м

200 I-

80 70 60 50 40

30 20

10

I

N

0=(360-470)кг/(м с), хкр=(0,60-0,66) О опытные данные настоящей работы, 9 опытные данные работы 6,

-таблица 6 в=400 кг'(м2с), х =0,6

3 4 5 678910

Рис 19

о-

20 30 40 р, 105 Па

использованием локальной гипотезы происхождения кризиса Соответственно хкр - массовое расходное паросодержание (критическое паросодер-жание) в месте возникновения кризиса кипения

На рис 16-19 показаны опытные значения удельного критического теплового потока дкр, полученные в работе Здесь же для сравнения приведены опытные значения дкр из 6 и результаты расчета дкр по таблице6 Диаметр канала в 6 был равен с/ = 7,35 мм Поэтому, значения дкр на рисунках были приведены к ё = 8,0 мм Массовая скорость изменялась в диапазоне С? = (190 - 470) кг/(м2с), критическое паросодержание хкр= 0,34 - 0,75

Как видно из рис 16 и 19, опытные значения д^, для давлений до р~ 10 105 Па вполне удовлетворительно согласуются с опытными значениями дкр из6 и с результатами расчета дкр по таблице6 Однако для давлений более р -10,0 105 Па, опытные данные настоящей работы отклоняются от результатов расчета по таблице 6 И чем выше давление, тем это отклонение больше Причем, отклонение опытных значений дкр от расчетных имеет место для всех массовых скоростей О и критических паросодержаний хкр Опытные значения дхр в данной работе для указанных давлений получены впервые

На рис 17 и 18 показаны опытные значения дкр данной работы для давлений менее р ~ 10 105 Па, которые соответствуют гидродинамически не-

устойчивому течению кипящего азота (отмечены пунктирной линией) Вероятно опытные значения из6 на рис 18, отмеченные пунктирной линией. также были получены в условиях гидродинамически неустойчивого течения кипящего азота

С использованием полученных в работе опытных данных был модифицирован фрагмент таблицы рекомендуемых значений дкр 6 для давления р = 20 105 Па Фрагмент ограничен диапазонами О = (100 - 1000) кг/(м2с) и хкр = (0,15-0,80)

Процедура модификации заключалась в применении метода наименьших квадратов к массиву значений дкр, сформированным с учетом вновь полученных опытных значений дкр

Удельный критический тепловой поток дкр, кВт/м2, для р = 20,0 1 05 Па

критическое паросо держание хко Таблица 1

а кг/(м2с) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

100 131,9 173,9 156,5 143,8 127,9 108,1 90,6 83,8

200 131,0 146,8 126,8 96,7 77,71 56,3 55,2 24,0

300 123,0 108,9 98,0 77,0 76,1 80,2 95,3 16,3

400 115,5 97,8 95,6 81,4 86,6 111,6 97,6 17,2

500 107,3 103,3 102,7 90,9 88,4 91,2 70,2 25,4

600 101,3 99,9 96,0 87,7 80,9 73,5 52,9 22,5

700 96,4 92,9 85,6 76,6 67,4 55,9 37,7 14,6

800 94,0 87,2 76,0 65,4 55,5 43,9 29,0 13,1

900 93,4 81,6 64,4 52,9 43,6 33,3 22,1 11,0

1000 92,7 74,9 52,8 41,8 34,5 25,0 17,2 9,2

Результаты представлены в таблице 1 Изменения коснулись следующих диапазонов изменения массовой скорости С? и критического паросодержа-ния хкр С = (200 - 900) кг'^с), хкр = (0,3 - 0,7) Сравнение дкр из табл 1 с соответствующими значениями дкр из таблицы 6 показывает, что модифицированный фрагмент рекомендует более высокие значения дкр, чем таблица 6 - для определенных значений О и до ~ 5 - кратного увеличения В седьмой главе проведен анализ возможности использования известных расчетных способов для определения границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) при кипении в канале вынужденного потока азота

Разработаны расчетные соотношения (для областей высоких и невысоких недогревов жидкости) для определения границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) течения в канале кипящего азота с использованием полученных в работе опытных данных

На рис 20 представлены опытные данные настоящей работы и работы3 {{Ild) = 185), обобщенные в координатах 7, соответствующие следующим условиям - настоящая работа рех = (2,6 - 16,3) 105 Па, G = (100 - 600) кг/(м2с), ЛТнед = (2,4 - 19,7) К, работа 3 реу = (1,7 - 9,6) 105 Па, G = (130 -670) кг/(м2с), ЛТжц = (0,5 - 11,7) К Каждый символ на рисунке соответствует последнему гидродинамически устойчивому течению кипящего азота (термические колебания) Видно вполне удовлетворительное обобщение

устойчивое

опытных данных для обоих образцов Фактически на рис 20 показана карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для течения в обогреваемом канале вынужденного потока азота в широких диапазонах изменения давления, массовой скорости и недогрева жидкости

На границе гидродинамической неустойчивости на рис 20 отчетливо видны два участка, отличающиеся противоположным влиянием изменения недогрева АТнед на неустойчивость течения кипящего азота области высоких и невысоких недогревов В области высоких АТнеь сплошная линия соответствует условию хвых = 0 Граница гидродинамической неустойчивости в области высоких АТнед соответствует хшх > 0

Опытные данные на рис 20 были аппроксимированы линейными уравнениями пунктирная линия I и пунктирная линия II Значение числа Якоба

7 Ishli M an,a Zuber N , Thermally Induced Flow Instabilities in Two-Phase Mixtures, paper No B5 11,4th Int Heat Transfer Conf, Pans, 1970

Jav, разделяющее границу гидродинамической неустойчивости (термические колебания) на области невысоких и высоких недогревов жидкости лТнед соответствует ординате точки пересечения этих уравнений - точка А Для опытных данных на рис 20 Ja2p = 1,5, среднеквадратичное отклонение ± 19,0 %

Для расчета границы гидродинамической неустойчивости в области высоких недогревов, т е для Ja > Jasp разработано соотношение с использованием опытных данных, полученных в работе

Поток рассматривался как сплошная среда со свойствами жидкости На входе в канал - недогретая до температуры насыщения, т е АТкед = Т'вх -T'uaJjOex) < -0, при р = const, и G (или Wo) = const Течение теплоносителя подъемное Канал круглый, прямолинейный, постоянного поперечного сечения диаметром d и длиной I Тепловой поток равномерно распределен по поверхности q=const Рассматривалось одномерное, изотермическое течение несжимаемого потока с постоянными свойствами Все величины, входящие в математическое описание задачи, не зависят от времени Скорость меняется в направлении оси у, перпендикулярной оси канала, совпадающей с осью z

К системе уравнений движения, сплошности и энергии были применены процедуры конструирования чисел подобия В результате были получе-

Ар w pL

ны число Эйлера Ей =-г-, число Рейнольдса Re =-, число Фру-

pw /и

wz q

да Fr = •> , число кипения Во = —, симплекс (la/d) и Ai/r /0 - геомет-

gh rG рический параметр Таким образом.

F (Ей: Re, Fr, Bo,(LJd),Ai/r) = 0 (1)

Полученные в работе опытные данные позволили упростить это выражение, исключив из (1) некоторые критерии и симплекс Влияние давления учтено симплексом (р1 - р")/р". В качестве определяемого параметра, с учетом полученных в работе результатов, выбрано число кипения Во Было получено следующее выражение

> р

где ВОгр - граничное значение числа кипения, соответствующее последнему гидродинамически устойчивому течению кипящего азота

Численные значения const и показателей степеней п, к, и m в (2) были определены с использованием опытных данных настоящей работы и тогда

Вогр = const Fr" Ja

окончательно

Вогр = 5,9 10"3 Fr 0,1 Ja

Р ~Р Р У

Л"1'1

(3)

Bo,/(Fr Ja ((р'-р")/р") ) 0,06 |-;

0,04 |~

I I

0,01 0,008 0,006

0,004 0,002 1Е-3

ч4.

U6 %

О настоящая работг N2,(l/d) = 121,6

о данные работы3, N 2,(Ш) = 185,0

A данные работы8, H20,(l/d) = 100,0

♦ данные работы9, Rll, (1/d) = 80,7

о

ÖI

у

' I

- 22,6 %

X

I const = 5,9 10

I

10

100 Рис 21

1000

(р'-р"Ур"

Соотношение (3) обобщает опытные данные со среднеквадратичным отклонением + 25,0 %

На рис 21 показаны опытные данные 3,8,9 для области высоких недог-ревов жидкости АТнед, также относящиеся к последнему гидродинамически устойчивому течению в канале кипящего теплоносителя Методики проведения опытов в 3,8,9 были какими же, как и в настоящей работе Опыты в3, 8, 9 проводились при невысоких расходах теплоносителя На входе экспериментальных образов в 3, 8, 9 отсутствовало дополнительное гидравлическое сопротивление (дроссельная шайба) Условия проведения опытов бы-

8 Jeghc F A and Yang K -T The Incipience of Flow Oscillations m Forced Flow Sub-cooled Boilmg Proc of the 1965 HT and FM Institute, Ed by AF Charwat, Stanford Umv Press, pp 330-344,1965

9 Liu H T, Kakac S An Experimental Investigation of Thermal Induced Flow Instabilities m a Convective Boiling Upflow System Warme- und Stoffubertragung, 26, pp 365376, 1991

ли следующие в работе 3 азот, Ja -{2,1 - 4,0), р = (2,9 - 9,6) 105 Па, G = (260 - 670) кг/(м2с), в рабоге 8 вода, Ja = (101 - 254), р = 1,38 105 Па, G = (640,1 - 1170,1) кг/(м2с), (J/d) = 100, в работе 9 фреон - И, Ja = 22,6, р = 2,93 105 Па, G = 474,5 кг/(м2с), (lid) = 80,7

Как видно из рис 21, соотношение (3) удовлетворительно описывает опытные данные3, относящиеся к кипению азота в канале с большей (lid), а также опытные данные 8 и 9, полученные в опытах с водой и фреоном -11, с теплоносителями с отличающимися от азота свойствами и на образцах с разными (lid)

Успешное обобщение опытных данных 8 и 9 дает основание предположить, что (3) может быть применимо для теплоносителей иного рода, а также для каналов с меньшими относительными длинами, по крайней мере, до (lid) - 80,7

Для расчета границы гидродинамической неустойчивости для области невысоких недогревов жидкости, т е для Ja < Jaíp, в первом приближении можно рекомендовать уравнение, аппроксимирующее опытные данные на рис 20 для (l/d) = 121,6 и (l/d) = 185,03, а именно

Стандартное отклонение для соотношения (4) 0,292 Соотношения (3) и (4) обоснованы опытными данными в следующих диапазонах, изменения режимных параметров р = (1,7-16,3) 105 Па, О =

(100-670) кг/(м2с), Ja = 1,0-4,4 (ЛТтд = (0,5 - 19,7) К), (l/d) = 121,6 - 185,0

В результате проведенных комплексных экспериментальных исследований термо - гидродинамики при течении вынужденного потока азота в обогреваемом канале, выполненных как лично автором, так и в соавторстве, получены следующие наиболее существенные результаты.

1) Установлены закономерности возникновения и развития гидродинамической неустойчивости при кипении в канале азота при доминировании в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине канала нивелирной составляющей в широких диапазонах изменения режимных параметров

2) Показано стабилизирующее влияние увеличения массовой скорости и давления на течение в канале кипящего азота Определена верхняя граница по давлению существования в кипящем потоке колебаний (колебания режимных параметров, включая и область существования термических коле-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

баний) Этой границе соответствует давление р = 23,0 105 Па ((р/ркр) = 0,68)

3) Исследованная неустойчивость кипящего потока, имеющая гидродинамическую природу, по своим количественным характеристикам является, по-видимому, типичной для доминирования в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине канала нивелирной составляющей По своему механизму и количественным характеристикам исследованный тип неустойчивости согласно принципам построения классификации \ может быть отнесен к динамической (периодический характер) фундаментальной (возможно отдельное, независимое исследование) неустойчивости и может занять самостоятельное место в дополнение к уже существующим типам 1

4) Исследовано влияние гидродинамической неустойчивости на теплоотдачу при кипении азота в канале (возникновение к развитие термических колебаний - колебаний температуры стенки канала) в широких диапазонах изменения режимных параметров Определена верхняя граница по давлению существования термических колебаний Этой границе соответствует давление р= 16,0 105 Па ((р/ркр) = 0,47)

5) Показано, что для давлений (р!ркр) > 0,35 при описании теплоотдачи при кипении в канале вынужденного потока азота можно использовать расчетные соотношения, разработанные для гидродинамически устойчивого течения кипящего теплоносителя

6) Экспериментально показано, что в определенных условиях существования гидродинамической неустойчивости возможно длительное бескризисное течение в канале кипящего азота, вплоть до теплового потока, соответствующего кризису кипения при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота

7) Показано, что для оценки возможности возникновения в кипящем потоке теплоносителя гидродинамической неустойчивости (включая и термические колебания) может быть использовано массовое расходное па-росодержание хеых совместно с давлением

8) Предложена карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для кипения в канале вынужденного потока азота, охватывающая области невысоких и высоких недогревов жидкости

9) Для каналов с (Ud) > 121,6 определено значение числа Якоба Jaep, разделяющее границу гидродинамической неустойчивости (термические колебания) течения в канале кипящего азота на области невысоких и высоких недогревов жидкости

10) Разработаны соотношения для определения границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) течения в канале кипящего азота для областей высоких и невысоких недогревов жидкости, справедливые для каналов с (l/d) >121,6 для следующих условий давление р = (1,7 - 16,3) 105 Па, массовая скорость G - (100 - 670) кг/(м2с) и число Якоба Ja

= 1,0 - 4,4 (недогрев жидкости ЛТиед = (0,5 - 19,7)К)

11) Показана возможность использования соотношения, разработанного для области высоких недогревов, для определения границы гидродинамической неустойчивости течения кипящего теплоносителя в каналах меньшей относительной длины ((ltd) = 80 и 100), а также для жидкостей иного рода, в данном случае воды и фреона -11

12) Получены новые опытные данные для теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале при высоких давлениях, вплоть до р = 23,2 105 Па) Для описания теплоотдачи при кипении азота в канале в исследованных диапазонах изменения давления, включая и высокие давления, рекомендуется соотношение 2

13) Впервые получены опытные значения критического теплового потока для кипения в канале азота при высоком давлений - более ~ 10 105 Па и для критического паросодержания более хкр = 0,20 С учетом вновь полученных опытных значений qxp проведена модификация фрагмента таблицы рекомендуемых значений критического теплового потока для кипения вынужденного потока азота в канале диаметром 8 мм6 для р = 20,0 105 Па

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В РАБОТАХ

1 Клименко В В , Сударчиков А М , Григорьев А В Экспериментальная установка для исследования неадиабатных двухфазных потоков криоаген-тов // Тр Моек энерг ин-та, -1981 - Вып 534 - С 30-41

2 Клименко В В , Сударчиков А М Исследование кипения вынужденного потока азота в длинном вертикальном канале // Криогеника - 1983 - Т 23, № 7 - С 379-385 (на английском языке)

3 Клименко В В., Сударчиков А М, Григорьев А В Теплообмен при вынужденном течении жидкого азота в канале // Тр Моек энерг ин-та -1983 - Вып 616 - С 34-39

4 Клименко В В , Сударчиков А М Некоторые особенности пузырькового кипения на внутренней поверхности трубы//Тр Моек энерг ин-та -1983 -Вып 616 -С 40-45

5 Сударчиков А М Экспериментальное исследование интегральных характеристик теплообмена при вынужденном движении двухфазного потока азота в длинном вертикальном канале и расчетные рекомендации Автореферат дисс канд техн наук - Москва, 1984 -20 с.

6 Клименко В В Сударчиков А М, Григорьев А В Влияние материала поверхности нагрева на теплоотдачу при пузырьковом кипении в каналах в условиях вынужденной конвекции//Доклады АН СССР - 1985 -Т 283, № 1 -С 12-16

7 Клименко А В , Сударчиков А М , Клименко В В , Федоров М В Исследование кризиса теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в

канале Н VIII Международный симпозиум по тепло - и массообмену (2 - 6 апр 1992 г, Польша) - Польша, 1992 - С 116 -121 (на английском языке)

8 Клименко А В , Клименко В В , Сударчиков А М , Токарев С Б , Аль-Абуд Ф Течение кипящего азота в канале при повышенном давлении // II Международная конференция "Криогеника' 92" Тез докл - Брно, Чехословакия 1992 - С 179 (на английском языке)

9 Клименко А В , Сударчиков А М, Клименко В В , Тарасов К.Ю , Морозов О И Экспериментальное исследование кризиса теплоотдачи при кипении азота в вертикальном канале // III Международная конференция по экспериментальному теплообмену, механике жидкостей и термодинамике (31 окт - 5 ноя 1993 г, Гонолулу, Гавайи, США) - Гонолулу, Гавайи, США, 1993 - С 1315 - 1321 (на английском языке)

10 Кипение вынужценного потока азота в канале / Клименко А В , Сударчиков А М , Клименко В В //1 Российская национальная конференция по теплообмену (21 - 25 ноя 1994 г, г Москва) - г Москва, 1994 - Т 4 - С 46 - 53

11 Клименко А В , Сударчиков А М, Березов Ф Б , Березов В Б Теплоотдача и критический тепловой поток при кипении вынужденного потока азота в длинном канале // IV Международная конференция "Криогеника' 96" (22 - 25 апр 1996г, Прага, Чехия) - Прага, Чехия, 1996 - С 221-229 (на английском языке)

12 Клименко А В , Сударчиков А М, Березов Ф Б, Березов В Б Особенности течения двухфазного вынужденного потока азота в обогреваемом длинном канале // Международный симпозиум "Физика теплопередачи при кипении и конденсации" и XI Международная школа-семинар молодых ученых и специалистов (21-24 мая, 1997г, г Москва) - Москва, 1997 - С 73-78 (на английском языке)

13 Клименко АВ, Сударчиков АМ Исследование гидродинамической неустойчивости при кипении вынужденного потока азота в длинном канале И V Международная конференция "Криогеника1 98" (11-14 мая, 1998г, Прага, Чехия) - Прага, Чехия, 1998 - С 58 - 63 (на английском языке)

14 Кризис кипения азота в канале при малых расходах и высоких давлениях / Клименко А В , Сударчиков А М, Клименко В В //II Российская национальная конференция по теплообмену (26-30 окт 1998 г, г Москва) -Москва, 1998 -Т 4 - С 148-151

15 Клименко А В , Сударчиков А М , Клименко В В Исследование термически инициированных колебаний в кипящем потоке азота при высоких давлениях // VII Международная конференция "Криогеника' 2000" (20-24 мая, 2000г, Прага, Чехия;) - Прага, Чехия, 2000 - С 181 - 185 (на английском языке)

16 Клименко А В , Сударчиков А М , Клименко В В Исследование теплоотдачи при' кипении азота в канале в условиях вынужденной конвекции при высоких давлениях // V Международная конференция по эксперименталь-

ному теплообмену, механике жидкостей и термодинамике (24-28 сент, 2001г, Салоники, Греция) - Салоники, Греция, 2001 - С 297- 301 (на английском языке)

17. Клименко АВ, Сударчиков АМ Экспериментальное исследование гидродинамической неустойчивости кипящего в канале вынужденного потока азота//Вестник МЭИ -2001 - № 5 - С 47-53

18 Клименко АВ, Сударчиков АМ Исследование гидродинамической нестабильности при кипении азота в канале при высоких давлениях // XII Международная конференция по теплообмену "Теплообмен 2002" (18-23 авг, 2002г, Гренобль, Франция) - Гренобль, Франция, 2002 - С 827-832 (на английском языке)

19 Кризис кипения азота в канале при малых расходах и высоких давлениях / Клименко А В Супарчиков А М, Клименко В В // Ш Российская национальная конференция по теплообмену (21-25 окт 2002 г, Москва) -Москва, 2002 - Т 4 - С 111-114

20 Клименко А В , Сударчиков А М Влияние давления на гидродинамическую неустойчивость (термические колебания) при кипении азота в канале в условиях вынужденной конвекции // Международный симпозиум "Переходный конвективный тепло- и массообмен в одно- и двухфазных потоках" (17-22 авг, 2003г , Чесме, Турция) - Чесме, Турция, 2003 - С 523-531 (на английском языке)

21 Сударчиков АМ Гидродинамическая неустойчивость кипящего в канале вынужденного потока азота // Вестник МЭИ - 2005 - № 4 - С 33-39

22 Клименко А В., Сударчиков А М, Клименко В В Исследование кризиса кипения вынужденного потока азота в канале при высоких давлениях // Вестник МЭИ -2005 -№6 - С 135-139

23 Кризис кипения азота в канале в условиях вынужденной конвекции при высоких расходах и критических паросодержаниях /Клименко А В., Сударчиков А М, Клименко В В // IV Российская национальная конференция по теплообмену (23 - 27 окт, 2006г, Москва) - Москва, 1979 - Т 4 -С 140-143

Подписано в печать 01 Г зак. Тир. №0 Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ВВЕДЕНИЕ.Ю

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ КИПЯЩЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

1.1. Типы гидродинамической неустойчивости. Особенности ее возникновения при невысоких и высоких расходах.

1.2. Влияние режимных параметров на возникновение и развитие гидродинамической неустойчивости.

1.2.1. Недогрев жидкости до температуры насыщения.

1.2.2. Давление.

1.2.3. Расход.

1.2.4. Тепловой поток.

1.2.5. Геометрия канала (относительная длина).

Выводы по Главе 1.

ГЛАВА 2. ОБЗОР СПОСОБОВ РАСЧЕТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНИЦЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ КИПЯЩЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

Выводы по Главе 2.

ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО И РАСЧЕТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ.

3.1. Описание экспериментальной установки. Особенности метрологической части.

3.2. Методика проведения экспериментов и обработки полученных результатов. Погрешность измерений.

3.3. Условия проведения опытов.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ КИПЯЩЕГО АЗОТА. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ.

4.1. Тепловой поток.

4.2. Давление.

4.3. Влияние давления на пороговое значение паросодержания (без термических колебаний).

4.4. Расход (без термических колебаний).

4.5. Влияние начала кипения на возникновение колебаний в потоке азота.

ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛООТДАЧИ ПРИ КИПЕНИИ ВЫНУЖДЕННОГО ПОТОКА АЗОТА В КАНАЛЕ.

5.1. Теплоотдача в условиях гидродинамически неустойчивого течения в канале кипящего азота. Термические колебания. Влияние режимных параметров.

5.1.1. Массовая скорость и недогрев жидкости до температуры насыщения.

5.1.2. Геометрия канала (относительная длина).

5.1.3. Влияние давления на пороговое значение паросодержания при термических колебаниях.

5.2. Теплоотдача в условиях гидродинамически устойчивого течения в канале кипящего азота (высокие давления).

ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КРИЗИСА КИПЕНИЯ ВЫНУЖДЕННОГО ПОТОКА АЗОТА В КАНАЛЕ.

6.1. Кризис кипения в условиях гидродинамически неустойчивого течения в канале кипящего азота (ранний кризис кипения).

6.2. Кризис кипения в условиях гидродинамически устойчивого течения в канале кипящего азота (высокие давления).

Выводы по экспериментальным исследованиям (Главы 4, 5 и 6).

ГЛАВА 7. РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ (ТЕРМИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ) ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ КИПЯЩЕГО АЗОТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУЧЕННЫХ ОПЫТНЫХ ДАННЫХ.

7.1. Сравнение расчетных способов определения границы гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя с экспериментальными результатами.

7.2. Расчетные соотношения для определения границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) течения в канале кипящего азота.

Выводы по Главе 7.

Успешное решение проблемы повышения эффективности использования различного теплообменного оборудования, использующего кипящий в канале/каналах теплоноситель, улучшение его тепло- гидродинамических характеристик, уменьшение металлоемкости и, соответственно, веса, габаритов и т. д., непосредственным образом связано, в частности, со знанием условий возникновения и существования в кипящем потоке гидродинамической неустойчивости и ее влияния на теплообмен. Негативная роль гидродинамической неустойчивости заключается в появлении при определенных условиях в кипящем потоке сравнительно упорядоченных и, как правило, достаточно интенсивных колебаний давления, расхода и температуры стенки канала, которые могут привести к значительному отклонению их фактических значений от проектных и таким образом вызвать нарушение заданного режима работы теплообменного оборудования [1 - 10]. Эти колебания могут создать условия для возникновения так называемого раннего кризиса кипения и таким образом не только ограничить величину теплового потока, отводимого от поверхности теплообмена, но и привести к драматическим последствиям для оборудования в целом вследствие физического разрушения конструкции из-за прогара стенки канала [4, 11 - 13]. Это развитие ситуации в кипящем в канале потоке теплоносителя при возникновении гидродинамической неустойчивости в равной степени возможно как в условиях его естественной циркуляции [7, 9, 10, 14 - 18], так и при вынужденной конвекции [17,18].

Существенно неконструктивную роль гидродинамическая неустойчивость играет и в экспериментальной практике при исследовании теплообмена (теплоотдача при кипении и кризис кипения) и гидродинамики (гидравлическое сопротивление) при течении теплоносителя в обогреваемом канале или сборках труб [5, 19 - 21]. Так в [21] при исследовании кризиса кипения в канапе в качестве причины неоднозначности получаемых экспериментальных результатов называется именно возникновение в кипящем потоке теплоносителя колебаний расхода и давления, которые, по мнению авторов, и приводили к снижению измеряемого в опытах критического теплового потока.

По-видимому, впервые внимание на проблему гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя было обращено в [22, 23]. В последующем, в экспериментальных и теоретических работах были исследованы условия возникновения и развития в кипящем потоке теплоносителя гидродинамической неустойчивости в различных геометрических и режимных условиях его использования, роль режимных параметров, влияние гидродинамической неустойчивости на возникновение кризиса кипения и т. д. Была проведена работа по определению типов гидродинамической неустойчивости, возможных в кипящем потоке теплоносителя, изучению их физических механизмов, характерных черт, условий их возникновения, по их обобщению и систематизации [18, 24 - 28]. По-видимому, наиболее полное и подробное описание (классификация) возможных типов гидродинамической неустойчивости течения двухфазного потока теплоносителя в различных геометрических и режимных условиях представлено в [24].

В отечественной литературе классификация типов гидродинамической неустойчивости течения в канале/каналах кипящего теплоносителя предложена в [2]. В принципиальном отношении классификация [2] не противоречит классификации [24]. Однако, на наш взгляд описание гидродинамической неустойчивости течения кипящего в канале теплоносителя в [2] имеет более укрупненный характер - число типов гидродинамической неустойчивости сокращено по сравнению с [24]. Это несколько сужает возможности применения классификации [2] для анализа реальных условий возникновения гидродинамической неустойчивости в конкретных практических ситуациях. Так, например, в [2] акустическая и термическая неустойчивости объединены в один тип термоакустической неустойчивости. Однако, как будет показано ниже, в том числе и с использованием результатов настоящей работы, подобное объединение может быть правомерно лишь в определенных диапазонах изменения давления. Для условий течения в канале кипящего теплоносителя далеких от термодинамической критической точки или, иными словами, при давлении в системе существенно меньшем критического давления, по-видимому, целесообразно отдельное самостоятельное рассмотрение указанных типов гидродинамической неустойчивости. Заметим, что в [24] акустическая и термическая неустойчивости описываются отдельно друг от друга1.

Анализ литературных источников, посвященных изучению гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя, как для условий его вынужденной конвекции, так и для естественной циркуляции, см. например [2, 18, 24, 27, 29 -32], позволяет сделать следующие предварительные выводы по данной проблеме. Во-первых, в настоящее время существует определенная ясность в понимании механизмов различных типов гидродинамической неустойчивости, возникающих при течении в канале/каналах кипящего теплоносителя. Однако, как показывает практика, часто сложно идентифицировать конкретный тип гидродинамической неустойчивости в конкретных условиях течения кипящего теплоносителя. Обусловлено это тем, что разные типы гидродинамической неустойчивости могут существовать совместно иногда с доминирова

1 Возникновение акустических колебаний в [24] обуславливается появлением резонанса для волн давления с частотой по порядку величины составляющей (10 -г 100) Гц и, соответственно, определяемой временем прохождения через систему волн давления. Подобные колебания возможны при кипении недогре-той жидкости, пузырьковом и пленочном кипении [24]. нием одного из них2.

Во-вторых, возникновение и развитие гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке зависит от большого числа различных параметров - геометрических, режимных и пр., их распределения не только непосредственно в самом парогенерирую-щем канале, но и в магистрали в целом, конструктивных особенностей самой магистрали и т. д. С этим могут быть связаны трудности в понимании причин возникновения гидродинамической неустойчивости в конкретном случае течения в канале кипящего теплоносителя. Последнее обстоятельство важно при интерпретации экспериментальных результатов, получаемых при опытном исследовании гидродинамической неустойчивости. В частности, требуется определенная осторожность и тщательность в выяснении особенностей, геометрических и режимных, течения двухфазного потока теплоносителя в магистрали вообще и в парогенерирующем канале в частности. Заметим, что результаты, полученные при опытном изучении гидродинамической неустойчивости при течении двухфазного потока теплоносителя в обогреваемом канале, могут сохранять в себе индивидуальные специфические черты, характерные для конкретной экспериментальной установки и условий проведения опытов [30].

На настоящее время накоплен определенный опыт в аналитическом исследовании гидродинамической неустойчивости двухфазного потока теплоносителя при его течении в обогреваемом канале и достигнуты определенные результаты при расчетном определении условий ее наступления [3, 33 - 36]. Однако универсального способа расчета возникновения в кипящем потоке гидродинамической неустойчивости, справедли

2 Отметим, что при описании конкретного типа гидродинамической неустойчивости, кипящего в канале теплоносителя возможно появление субъективного фактора, который, как известно, трудно поддается контролю при анализе полученного результата. вого для различных условий течения теплоносителя, по-видимому, не существует. Как правило, известные расчетные способы справедливы для тех конкретных условий - род жидкости, геометрия канала/каналов, диапазоны изменения режимных параметров и т. д., в которых были разработаны или же требуют для своего использования определенной эмпирической информации. Применение их для иных условий - геометрия канала, диапазоны изменения режимных параметров, род жидкости, оказывается проблематичным. Можно предположить, что причина подобного положения заключается в чрезвычайной сложности самого исследуемого явления, для которого, по-видимому, справедливо утверждение: ".Динамика жидкостных систем и перенос в них энергии, особенно при фазовых переходах, являются, пожалуй, наиболее сложными проблемами термокинетики и механики текущих сред." [37].

В настоящее время в качестве возможного пути решения данной задачи часто предлагается использование численных методов для решения нелинейной динамической модели явления [2, 3, 35]. Не подвергая сомнению достоинства численных методов, отметим следующее существенное обстоятельство. Возможности использования численных методов в общем случае ограничены: ".численные методы применяются только к конкретным задачам. Небольшое изменение в постановке задачи приводит к необходимости решения задачи заново." [38]. Кроме этого, важно учитывать, что для успешного применения численного метода необходимо знание соответствующей эмпирической информации. Применительно к проблеме гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего теплоносителя это коэффициент теплоотдачи при кипении, гидравлическое сопротивление течению в обогреваемом канале двухфазного потока теплоносителя и паросодержание двухфазного потока [39]. При расчете указанных величин существуют определенные трудности, осложняющие применение численных методов для описания гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя. Так, например, в [40] при численном исследовании одного из возможных типов гидродинамической неустойчивости - колебаний волн плотности, наиболее сложной проблемой оказался выбор подходящего способа расчета потерь давления Лрдв при течении двухфазного потока теплоносителя в канале.

Заметим, что проблема расчета потерь давления для течения двухфазного потока теплоносителя в канале актуальна не только при использовании численных методов. Согласно [41] для каждого возможного режима течения в канале двухфазного потока теплоносителя для расчета потерь давления Арде рекомендуется свое расчетное соотношение. Ситуация осложнена известной неопределенностью в положении границ между различными режимами течения двухфазного потока даже для обычных не криогенных жидкостей, для которых проведено наибольшее число исследований, как теоретических, так и экспериментальных. Неопределенность положения границ еще больше усиливается, если течение двухфазного потока теплоносителя в канале сопровождается его кипением [42]. Отмеченное обстоятельство имеет особое значение для криогенных жидкостей, в связи с существенно меньшей изученностью гидродинамики при их течении в обогреваемых каналах.

Практически весь существующий опытный материал по исследованию гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя накоплен в экспериментальных исследованиях, проведенных с не криогенными жидкостями, чаще всего водой и некоторыми фреонами. Крайне ограничено число работ по исследованию гидродинамической неустойчивости при кипении в каналах криогенных жидкостей. Известны работы, где в качестве исследуемых жидкостей применялись водород [43 - 45] и азот [46, 47, 48]3. Однако, условия проведения опытов в этих работах были специфическими, а

3 Известны работы, где в качестве рабочей жидкости использовался гелий, однако, в данной работе мы не именно: или около- и сверхкритические давления в [43, 44], или опыты проводились в узких диапазонах изменения режимных параметров и в канале сложной геометрии в [45 - 47], или решались узкие специальные задачи, например, исследовалось влияние материала стенки парогенерирующего канала на возникновение неустойчивости течения теплоносителя в подъемном адиабатном канале термосифона [48].

Большей частью экспериментальные исследования гидродинамической неустойчивости кипящего в канале теплоносителя проводились при высоких расходах, когда в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине парогенерирующего канала доминирует составляющая потерь на трение. Практически не изучена область невысоких расходов при доминировании в суммарных потерях давления нивелирной составляющей. Не выяснены типы гидродинамической неустойчивости, возникающие в этих условиях, их характерные черты, особенности. Необходимость систематического исследования этой малоизученной области невысоких расходов теплоносителя отмечается, например, в [36, 49]. В качестве граничного значения массовой скорости, ограничивающего эту область расходов в [49] указывается значение массовой скорости равное G « 1000 кг/(м2с). Заметим, что работа [49] датирована 1983 годом.

Следует особо подчеркнуть, что гидродинамическая неустойчивость кипящего в канале теплоносителя при невысоких расходах оказывается в числе наиболее существенных факторов, приводящих к возникновению раннего кризиса кипения [36]. В частности в [36] указывается, что течение кипящего теплоносителя при невысоких расходах в наибольшей степени подвержено возникновению кризиса кипения, обусловленного колебаниями в кипящем потоке. рассматриваем эксперименты с жидким гелием ввиду особых условий проведения опытов (при сверхкритических параметрах) и его особых специфических свойств.

Кроме этого, область невысоких расходов представляет в настоящее время важный практический интерес в связи с расширяющимся практическим использованием криогенных жидкостей, для которых характерны именно невысокие расходы. Поэтому, изучение условий возникновения гидродинамической неустойчивости в кипящем потоке теплоносителя при невысоких расходах приобретает особую актуальность.

Данная работа посвящена экспериментальному исследованию закономерностей возникновения и развития гидродинамической неустойчивости при течении азота в обогреваемом канале при невысоких расходах (доминирование в суммарных потерях давления по длине парогенерирующего канала нивелирной составляющей), в широких диапазонах изменения давления, расхода, недогрева жидкости до температуры насыщения и теплового потока, подводимого к экспериментальному образцу. Исследованию влияния гидродинамической неустойчивости на теплоотдачу при течении азота в обогреваемом канале и возникновение кризиса кипения. Установлению количественных связей между режимными параметрами на границе гидродинамической неустойчивости кипящего в канале азота и разработке расчетных рекомендаций для определения условий наступления в кипящем потоке азота гидродинамической неустойчивости.

Работа выполнена в рамках научных исследований, проводившихся в ГОУВПО "МЭИ (ТУ)" по грантам: РФФИ, Минобразования РФ, Президента РФ; программам: Минпромнауки РФ, Минобрнауки РФ.

Автор выражает благодарность всем коллегам Центра высоких технологий ГОУВПО "МЭИ (ТУ)" и кафедры Низких температур, оказавшим помощь при выполнении работы.

Особую благодарность автор хотел бы выразить член-корреспонденту РАН, д.т.н., профессору Клименко А.В., без постоянного внимания и непосредственного участия которого многие результаты работы вряд ли были бы получены.

Выводы по Главе 7.

I. Проведено сравнение опытных данных, полученных в экспериментах по исследованию гидродинамической неустойчивости (термические колебания) кипящего в канале вынужденного потока азота с расчетными методами, обладающими, по-видимому, наибольшей проработанностью и точностью. В качестве таковых были выбраны методы [75] и [78]. Показана их непригодность для расчетного определения гидродинамической неустойчивости течения в канале кипящего азота.

И. С помощью графического метода [33, 70, 79] были обобщены опытные данные настоящей работы и [96]. Предложена карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для кипения в канале вынужденного потока азота, охватывающая области невысоких и высоких недогревов жидкости, отличающиеся противоположным влиянием недогрева на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя.

Для каналов с относительной длиной — > 121,6 определено численное значение d числа Якоба Jazp, разделяющее границу гидродинамической неустойчивости (термические колебания) течения в канале кипящего азота на области невысоких и высоких недогревов жидкости.

III. Разработаны соотношения для расчетного определения границы гидродинамической неустойчивости типа "термические колебания" при кипении в канале вынужденного потока азота для обеих областей высоких и невысоких недогревов жидкости.

Соотношения справедливы для каналов с относительной длиной — > 121,6 в следуюd щих диапазонах изменения режимных параметров: давление р - (1,7 -е- 16,3)-105 Па, массовая скорость G = (100 н- 670) кг/(м2с) и число Якоба Ja = 1,0 4,4 (недогрев жидкости ЛТнед = (0,5 - 19,7)К).

Для области высоких недогревов жидкости, то есть при выполнении условия Ja > Jazp, для расчета границы гидродинамической неустойчивости (термические колебания) при кипении в канале вынужденного потока азота рекомендуется соотношение (54). Соотношением учитывается влияние массовой скорости и давления на возникновение в кипящем в канале потоке азота гидродинамической неустойчивости.

Показана возможность расчета с помощью соотношения (54) границы гидродинамической неустойчивости для кипения теплоносителя в каналах меньшей относительной длиной (— = 80 и 100), а также для жидкостей со свойствами, отличными от d свойств азота, в данном случае воды и фреона -11.

Успешное описание соотношением (54) опытных данных, полученных в экспериментах с жидкостями со свойствами отличающимися от свойств азота, по-видимому, может служить подтверждением ранее высказанного предположения (см. Главу 5) о гидродинамической природе гидродинамической неустойчивости, возникающей в кипящем в канале теплоносителе.

Для области невысоких недогревов жидкости, то есть при выполнении условия Ja < Jazp, для описания границы гидродинамической неустойчивости при кипении в канале вынужденного потока азота рекомендуется расчетное соотношение (55).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных комплексных систематических экспериментальных исследований термо - гидродинамики при течении вынужденного потока азота в обогреваемом канале, выполненных как лично автором, так и в соавторстве, получены следующие наиболее существенные результаты.

I. Исследованы закономерности возникновения и развития гидродинамической неустойчивости при кипении в канале вынужденного потока азота при доминировании в суммарных потерях давления в кипящем потоке азота по длине парогенерирующего канала нивелирной составляющей (невысокие расходы) в широких диапазонах измене

2 5 Р ния массовой скорости G = (100 -н 670) кг/(м с), давления р - (2,6 ч- 27,8)-10 Па =

Ркр

0,08 -г- 0,82) и недогрева жидкости ЛТнед = (1,1 н- 22,7) К.

Исследованы области невысоких и высоких недогревов жидкости, отличающиеся противоположным влиянием недогрева на гидродинамическую неустойчивость течения в канале кипящего теплоносителя.

Установлено, что колебания в кипящем потоке азота возникают при кипении жидкости, недогретой до температуры насыщения, т. е. при хвых < 0 или, иными словами, при появлении в потоке паровой фазы.

1.1. Показано, что увеличение массовой скорости и давления оказывает стабилизирующее воздействие на течение в канале кипящего азота. В частности увеличение давления уменьшает амплитуду и период возникших колебаний, делая колебания менее упорядоченными и, в пределе, приводя к их полному исчезновению.

Определена верхняя граница по давлению существования в кипящем потоке азота колебаний в широком смысле (колебания режимных параметров, включая и область существования термических колебаний, см. ниже). Этой границе соответствует давление равноер = 23,0-Ю5 Па = 0,68).

Ркр

1.2. Увеличение теплового потока оказывает дестабилизирующее воздействие на течение в канале кипящего азота, вызывая появление в кипящем потоке колебаний.

Увеличение теплового потока при р = const и G = const увеличивало период и амплитуду колебаний.

При увеличении давления влияние теплового потока на гидродинамическую неустойчивость течения кипящего азота ослабевает и в пределе практически исчезает.

1.2. Исследованная в работе гидродинамическая неустойчивость кипящего в канале вынужденного потока азота, по-видимому, имеет гидродинамическую природу.

1.3. Гидродинамическая неустойчивость в кипящем потоке азота, возникающая при положительных значениях относительной энтальпии, зафиксированная и исследованная в данных опытах, по своим количественным характеристикам, по-видимому, является типичной для течения в канале кипящего теплоносителя при невысоких расходах в условиях доминирования в суммарных потерях давления в кипящем потоке азота по длине парогенерирующего канала нивелирной составляющей. Имеет, по-видимому, ту же физическую природу, что и гидродинамическая неустойчивость типа "колебания потерь давления" [24], имеющая место при высоких расходах теплоносителя (доминирование в суммарных потерях давления в кипящем потоке по длине парогенерирующего канала составляющей потерь на трение). Однако, период колебаний, зафиксированных в данной работе, на порядок отличается от периода колебаний потерь давления и числено близок периоду колебаний при ином типе гидродинамической неустойчивости "колебания волны плотности" по [24], имеющем иную физическую природу.

Подобный тип гидродинамической неустойчивости не описан в известных классификациях. Соответственно, согласно принципам построения классификации [24], исследованный в данной работе тип гидродинамической неустойчивости может быть отнесен к динамической (периодический характер) фундаментальной (возможно отдельное, независимое исследование) неустойчивости, и вполне обосновано может занять самостоятельное место в дополнение к уже существующим типам B-I-1, B-I-2.

И. Исследованы условия, при которых имеет место влияние гидродинамической неустойчивости на теплоотдачу при кипении вынужденного потока азота в канале, а именно, возникновение и развитие термических колебаний (колебаний температуры стенки канала), а также и влияние на них режимных параметров - расхода, давления, недогрева жидкости и геометрии канала (относительной длины).

II. 1. Увеличение расхода, при прочих неизменных условиях, оказывает стабилизирующее воздействие на течение кипящего азота, увеличивая пороговое значение теплового потока, которое соответствует возникновению термических колебаний.

Для области высоких недогревов жидкости в опытах установлена количественная связь между массовой скоростью и пороговым значением удельного теплового потока, а именно: для давления р = (2,6 -ь 7,9)-105 Па и недогрева жидкости АТнес> = (2,4 ч-9,0) К имеет место соотношение q ~ G ]'2.

11.2. Установлена верхняя граница по давлению существования в кипящем в канале потоке азота термических колебаний. Этой границе соответствует давление равное р= 16,0105Па(-^- =0,47).

Р кр

11.3. Пороговое значение массового расходного паросодержания, например рассчитанное для выходного сечения канала хеых, при котором в кипящем потоке азота возникают термические колебания, является функцией давления. Так с увеличением давления пороговое значение хвых увеличивается.

11.4. При условии —> 0,35 при описании теплоотдачи при кипении в канале

Ркр вынужденного потока азота можно игнорировать возникновение в кипящем потоке термических колебаний (и колебаний, их инициирующих) и использовать расчетные соотношения, разработанные для гидродинамически устойчивого течения кипящего теплоносителя.

11.5. Увеличение недогрева жидкости в области высоких недогревов оказывает стабилизирующее влияние на течение в канале кипящего азота. I

11.6. Увеличение относительной длины парогенерирующего канала свыше — = d

121,6 не оказывает существенного влияния на пороговое значение теплового потока, соответствующее возникновению термических колебаний.

III. Показано, что в определенных условиях колебания в кипящем потоке приводят к раннему кризису кипения, которому соответствует тепловой поток, имеющий меньшее значение, чем при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота.

С увеличением давления влияние гидродинамической неустойчивости на возникновение раннего кризиса ослабевает, вплоть до его полного исчезновения.

IV. Экспериментально установлено, что в определенных условиях существования гидродинамической неустойчивости возможно длительное бескризисное течение в канале кипящего азота, вплоть до теплового потока, соответствующего кризису кипения при гидродинамически устойчивом течении кипящего азота.

V. Для оценки возможности возникновения в кипящем в канале потоке теплоносителя гидродинамической неустойчивости (включая и термические колебания), рекомендуется массовое расходное паросодержание, например рассчитываемое для выходного сечения парогенерирующего канала хвых совместно с давлением, при условии изменения последнего.

VI. Существенно расширены диапазоны изменения удельного теплового потока

2 5 до q = 98,8 кВт/м и давления до р = 23,2-10 Па), в которых проводилось исследования теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в канале.

Соответственно, для описания теплоотдачи при кипении вынужденного потока азота в исследованных диапазонах изменения давления, включая и высокие давления, рекомендуется соотношение [109].

Экспериментально установлена степень влияния удельного теплового потока на интенсивность теплоотдачи при пузырьковом кипении азота в канале: в соотношении а ~qn показатель степенип~рк и к= 0,2.

VII. Впервые получены опытные значения критического теплового потока для кипения в канале вынужденного потока азота при высоком давлении - более ~ 10-105 Па и для критического паросодержания более хкр = 0,20.

Проведена модификация фрагмента таблицы рекомендуемых значений критического теплового потока для кипения вынужденного потока азота в канале 8 мм [122] для давления р - 20,0-105 Па.

VIII. Показана непригодность известных расчетных методов для определения условий возникновения при кипении в канале вынужденного потока азота, в исследованных в работе диапазонах изменения режимных параметров, гидродинамической неустойчивости.

IX. Предложена карта гидродинамической неустойчивости (термические колебания) для кипения в канале вынужденного потока азота, охватывающая области невысоких и высоких недогревов жидкости. I

Для каналов с относительной длиной — > 121,6 определено граничное значение d

1. Митенков В.И. О гидродинамической устойчивости естественной циркуляции в ЯЭУ с подкипанием теплоносителя. Атомная энергия, 1982, т. 52, вып. 4, с. 227 - 230.

2. Хабенский В.Б., Герлига В.А. Нестабильность потока теплоносителя в элементах энергооборудования. СПб.: Наука, 288 е., 1994,.

3. Ядигороглу Г. Неустойчивость двухфазного потока и распространение возмущений // Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике. М.: Энергоатомиздат, с. 271 -307, 1984.

4. Дорощук В.Е. Кризисы теплообмена при кипении воды в трубах. М. JL: "Энергия", с. 183, 1970.

5. Дорощук В.Е., Мальтер B.JI. Пульсации потока при больших тепловых нагрузках. Энергомашиностроение, № 12, с. 6 7, 1963.

6. Grosse-Gorgemann A., Weber D., Fiebig М. Experimental and Numerical Investigation of Self-Sustained Oscillations in Channels with Periodic Structures. Experimental Thermal and Fluid Science, 1995. No. 11, pp. 226 233.

7. Kim J.M., Lee S.Y. Experimental observation of flow instability in a semi-closed two-phase natural circulation loop. Nuclear Engineering and Design. Vol. 196, 2000, pp. 359 -367.

8. Kyung I.S., Lee S.Y. Periodic flow excursion in an open two-phase natural circulation loop. Nuclear Engineering and Design. Vol. 162, 1996, pp. 233 244.

9. Inada F., Furuya M., Yasuo A. Thermohydraulic instability of boiling natural circulationloop induced by flashing (analytical consideration). Nuclear Engineering and Design. Vol. 200,2000, pp. 187- 199.

10. Дорощук B.E., Фрид Ф.П. К вопросу о влиянии дросселирования потока и обогреваемой длины трубы на критические тепловые нагрузки. Теплоэнергетика, 1959, № 9, с. 74 79.

11. Rohatgi U.S., Buffey R.B. Stability, DNB, and CHF in Natural Circulation Two-Phase Flow. Int. Comm. Heat and Mass Transfer. Vol. 25. No. 2, pp. 161 174, 1998.

12. Inoure A., Lee S.-R. Influence of two-phase flow characteristics on critical heat flux in low pressure. Experimental Thermal and Fluid Science. Vol. 19, 1999, pp. 172 181.

13. Федоров B.A., Мильман O.O. Теплогидравлические автоколебания и неустойчивость в теплообменных системах с двухфазным потоком. М.: Издательство МЭИ, 1998, - 244 с. ил.

14. Леонтьев А.И., Мильман О.О., Федоров В.А. Теплогидродинамическая неустойчивость в системах с естественной циркуляцией кипящего внутри труб теплоносителя. ИФЖ, 1985, т. 48, № 1, с. 5 10.

15. Lee S.Y., Lee D.W. Linear analysis of flow instabilities in an open two-phase natural circulation loop. Nuclear Engineering and Design. Vol. 128, 1991, pp. 317 330.

16. Kim Y. I. Back W.-P., Chang S. H., Critical Heat Flux Under Flow Oscillation of Water at Low-Pressure, Low-Flow Condition. Nuclear Engineering and Design. Vol. 193, 1999, pp. 131 143.

17. Fukuda K., Kobori T. Classification of Two-Phase Flow Instability by Density Wave Oscillation Model. Journal of Nuclear Science and Technology, February, 1979. Vol. 16. No. 2, pp. 95 108.

18. Aladyev I.I., Miropolsky Z.L., Doroschuk M.A. Boiling Crisis in Tubes. American Society of Mechanical Engineers. Int. Development in Heat Transfer, Part II, pp. 237 263,1961.

19. Зятнина O.A., Ивашкевич A.A. Расчет погрешностей контрольного эксперимента по кризису теплоотдачи при течении воды в трубах. Атомная энергия, г. 60, вып. 6, 1986, с. 409-410.

20. Толубинский В.И., Домашев Е.В. О причинах расхождения экспериментальных данных по кризису теплоотдачи при кипении в каналах. // Теплоперенос в жидкостях и газах с. 3 - 24,1984.

21. Ledinegg М., "Instability of Flow During Natural and Forced Circulation", Die Warme, Vol. 61, No. 48, pp. 891 898,1938 (In German, English Translation, U.S.A. E.C. Transl. No AEC-tr-1861, 1954).

22. Петров П.А. Советское котлотурбостроение. 1939. № 11.

23. Boure J.A., Bergles A.E., Tong L.S. Review of Two-Phase Flow Instability, Nuclear Engineering and Design. Vol. 25, pp. 165 192,1973.

24. Chexal V.K., Bergles A.E. Two-Phase Flow Instabilities in a Low Pressure Natural Circulation Loop. 1973, AIChE. Symp. Ser. 69, pp. 37 45.

25. Wang Q., Chen X.J., Kakac S., and Ding Y. Boiling onset oscillation: a new types of dynamic instability in a forced-convection up-flow boiling system. Int. J. of Heat and Fluid Flow. Vol. 17. Issue 4, 1996, pp. 418 423.

26. Делайе Дж. и др. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике / Дж. Делайе, М. Гио, М. Ритмюллер: Пер. с англ. М.: Энергоиз-дат, 1984-424, ил.

27. Хабенский В.Б., Двухфазные потоки. Теплообмен и нестационарные процессы в элементах энергооборудования. Отв. ред. Фокин А.А. Сб. научн. тр., 1988., Л.: Наука -262 с. ил.;

28. Морозов И.И., Герлига В.А. Устойчивость кипящих аппаратов. М.: Атомиздат, 1969, 280 с.

29. Кошелев И.И., Сурнов А.В., Никитина Л.В. Условия возникновения пульсаций на модели вертикальных экранов. Энергомашиностроение. 1969. № 10, с. 3 5.

30. Comakli О., Karsli S., Yilmaz М. Experimental investigation of two-phase instabilities in a horizontal in tube boiling system. Energy Conversion and Management. Vol. 43, pp. 249 -268, 2002.

31. Zuber N., Flow Excursion and Oscillations in Boiling, Two-Phase Flow Systems with Heat Addition, Proc. of the Symposium on Two-Phase Flow Dynamics, EUR 4288e. Vol. 1, CEC, Eindhoven, pp. 1071 - 1109, 1967.

32. Akyuzlu K.M., Veziroglu T.N. Effect of Heat transfer on Density-Wave Oscillations A Finite Difference Analysis, Thermal Sciences 16, Proc. of the 16th Southeastern Seminar. Vol. 2,19 - 21 Apr. pp. 671 - 698, 1982.

33. Nair S., Lele S., Ishii M. and Revankar S.T. Analysis of flow instabilities and their role on critical heat flux for two-phase down flow and low pressure systems. Int. J. Heat and Mass Transfer. Vol. 39. No. 1, pp. 39 48, 1996.

34. Кутателадзе C.C. Анализ подобия и модели в термо- гидродинамике газожидкостных систем. ПМТФ, № 5, 1980.

35. Новиков B.C. Аналитические методы теории переноса (обзор). Промышленная теплотехника, т. 11, № 5, с. 40 54, 1989.

36. Bald W.B. and Hands B.A., Cryogenic Heat Transfer Research at Oxford. Cryogenics, April, pp. 179 197, 1974.

37. Теплопередача в двухфазном потоке / Под ред. Д. Баттерворса и Г. Хьюитта: Пер с англ. М.: Энергия, 1980. - 328 с., ил.

38. Frankum D. P., Wadekar V.V., Azzopardi B.J. Two-Phase Flow Patterns for Evaporating Flow. Experimental Thermal and Fluid Science. Vol. 15, 1997, pp. 183 192.

39. Thurston R.S. Probing Experiments on Pressure Oscillations in Two-Phase and Supercritical Hydrogen with Forced Convection Heat Transfer. Advances in Cryogenic Engineering. Vol. 10, pp. 305 312, 1965.

40. Thurston R.S., Rogers J.D. and Skoglund V.J., Pressure Oscillations Induced by Forced Convection Heating of Dense Hydrogen., Advances in Cryogenic Engineering. Vol. 12, pp. 438 -451, 1967.

41. Rogers J.D., Oscillations in Flowing and Heated Subcritical Hydrogen, Advances in Cryogenics Engineering. Vol. 13, pp. 223 231, 1968.

42. Горбачев С.П., Бочаров M.H., Лабохин С.Д., Федоренко В.В. Динамика и устойчивость каналов криостатирования с двухфазным азотом // Сб. научн. трудов МЭИ, № 161, с. 19-24, 1988.

43. Федоренко В.В. Моделирование теплогидравлической неустойчивости течения двухфазных потоков в системах криостатирования. Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук, 1991, 16с.

44. Клименко А.В., Хендс Б.А. Экспериментальное исследование течения двухфазного потока азота в термосифоне. Тр. МЭИ, вып. 534,1981, с. 85 96.

45. Комышный И.Н., Корниенко Ю.Н., Куликов Б.И., Селиванов В.М., Судницын О.А.,

46. Шарыгин В.И., Яркин А.Н. Особенности поведения границ областей межканальных пульсаций. Атомная энергия, 1983, т. 54, вып. 3, с. 173 175.

47. Федоров М. В. Теплообмен с двухфазным потоком криоагента в горизонтальном канале. Экспериментальное исследование и разработка обобщенной методики расчета. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, 1988, МЭИ, М.

48. Wong T.N. and Yau Y.K. Flow Patterns in Two-Phase Air-Water Flow. Int. Comm. Heat Mass Transfer. Vol. 24. No. 1, pp. 111 118,1997.

49. Stenning A.H. and Veziroglu T.N., Flow Oscillations Modes in Forced Convection Boiling, Proc. of the 1965 HT and FM Institute, Ed. by A.F. Charwat, Stanford Univ. Press., pp. 301 - 316, 1965.

50. Liu H.T., Kakac S. An Experimental Investigation of Thermal Induced Flow Instabilities in a Convective Boiling Upflow System. Warme- und Stoffubertragung, 26, pp. 365 376, 1991.

51. Mentes A., Kakac S., Veziroglu T.N. and Zhang H.Y. Effects of Inlet Subcooling on Two-Phase Flow Oscillations in a Vertical Boiling Channel. Warme- und Stoffubertragung, 24, pp. 25 -36, 1989.

52. Невструева E.H., Хлесткин Д.А., Антидзе T.T., Дворина Г.М. Гидродинамика двухфазных неравновесных потоков. Тр. ЦКТИ, 1970. Вып. 101, с. 183 188.

53. Ding Y., Kakac S., Chen X.J. Dynamic Instabilities of Boiling Two-Phase Flow in a Single Horizontal Channel. Experimental Thermal and Fluid Science. Vol. 11, 1995, pp. 327 -342.

54. Ягов B.B., Кабаньков O.H. Экспериментальное исследование теплоотдачи при кипении в каналах при давлении ниже атмосферного. Тр. МЭИ, 1982. Вып. 589, с. 13 20.

55. Кутепов A.M., Стерман JI.C., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учеб. пособие для втузов. -3-е изд., испр., М.: Высш. шк., 1986. 448с.: ил.

56. Jeglic F.A. and Yang К.-Т. The Incipience of Flow Oscillations in Forced Flow Sub-cooled Boiling. Proc. of the 1965 HT and FM Institute, Ed. by A.F. Charwat, Stanford Univ. Press, pp. 330-344, 1965.

57. Karsli S., Yiltnaz M., Comaki O. The effect of internal surface modification on flow instabilities in forced convection boiling in a horizontal tube. Int. Journal of Heat and Fluid Flow. Vol. 23, 2002, pp. 776 791.

58. Klimenko A.V., Sudarchikov A.M., Berezov F.B., Berezov V.B., Heat Transfer CHF for Forced Flow Boiling of Nitrogen in a Long Channel. Proc. of 4th Int. Conference "Cryogenics ' 96", Prague, pp. 221 229,1996.

59. Klimenko A.V., Sudarchikov A.M., Investigation of Instability of Forced Flow Boiling of Nitrogen in a Long Channel. Proc. of 5th Int. Conference "Cryogenics' 98", Prague, pp. 5863, 1998.

60. Specialists, May 21-24, Moscow, Russia, pp. 73 78, 1997.

61. Клименко A.B., Сударчиков A.M. Экспериментальное исследование гидродинамической неустойчивости кипящего в канале вынужденного потока азота. Вестник МЭИ, №5, с. 47 53,2001.

62. Klimenko A.V., Sudarchikov A.M. Investigation of Hydrodynamic Instability at a Forced Flow Boiling on Nitrogen in a Channel at High Pressures, "Heat Transfer 2002", Proc. of the 12th Int. Heat Transfer Conference, France, Grenoble, pp. 827 832, 2002.

63. Aritromi M., Aoki S., Inone A. Instabilities in parallel channel of forced convection boiling upflow system (V). J. Nucl. Sci. Technol. 1982, 20(4), pp. 286 301.

64. Kakac S., Veziroglu T.N., Ozboya N., Lee S.S. Transient Boiling Flow Instabilities in a Multi-Channel Upflow System. Warme- und Stoffiibertragung. Vol. 10, 1977, pp. 175 188.

65. Saha P., Ishii M. and Zuber N. An Experimental Investigation of the Thermally Induced Flow Oscillations in Two-Phase Systems. Journal of Heat Transfer, Vol. 98. Series C. No. 4, November, pp. 616 622, 1976.

66. Mathisen R.P., Out of Pile Channel Instability in the Loop Skiz Ivan, Proc. Symp. Two-Phase Flow Dynamics, Eindhoven, Euratom, Rep. N EUR 4288e, pp. 19 - 63,1966.

67. Guanghui S. Dounan J., Fukuda K., Yujun G. Theoretical and experimental study on density wave oscillation of two-phase natural circulation of flow equilibrium quality. Nuclear

68. Engineering and Design. Vol. 215, 2002, pp. 187 198.

69. Barmann D., Hein D., Mayinger F., Schad O. and Weiss E., Flow Oscillations in Two-Phase Flow, Their Characteristics and Effects on Burnout. Proc. Symp. Two-Phase Flow Dynamics, Eindhoven, Euroatom, NEUR-4288e, pp. 429 460, 1967.

70. Maulbetsch J.S. and Peter Griffith, System-Induced Instabilities Flows with Subcooling Boiling, Proc. 3rd Int. Heat Transfer Conf., Chicago, 4, 247 257. ASME and AIChE, 1966.

71. Hands B.A. Pressure Drop Instabilities in Cryogenic Fluids, Advances Cryogenic Engineering. Vol. 20, pp. 355 369, 1975.

72. Steirning A.H., Veziroglu T.N. and Callahan G.M. "Pressure drop" Oscillations in Forced Convection Flow with Boiling. Symp. on two-phase flow dynamics. Vol. 1. Proceedings, Eindhoven, 4 - 9. IX, pp. 405 - 427, 1967.

73. Saha P. and Zuber N. An Analytical Study of The Thermally Induced Two-Phase Flow Instabilities Including The Effect of Thermal Non-Equilibrium. Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 21, pp. 415 -426,1978.

74. Гидравлический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. // Под ред. В.А. Локшина, Д.Ф. Петерсона, А.П. Шварца. М.: Энергия, 1978.

75. Ishii М. and Zuber N., Thermally Induced Flow Instabilities in Two-Phase Mixtures, paper No. B5.11,4th Int. Heat Transfer Conf., Paris, 1970.

76. Lahey R. J. Jr. and Yadigaroglu G., A Lagrangian Analysis of Two-Phase Hydrodynamic and Nuclear-complied Density-Wave Oscillations, Heat Transfer 1974, Proc. 5th Int. Heat Transfer Conf., Tokyo. Vol. 4, paper В 5.9, pp. 225 229,1974.

77. Yadigaroglu G. and Bergles A.E. Fundamental and Higher Mode Density Wave Oscillations in Two-Phase Flow, J. Heat Transfer, Trans. ASME. Vol. 94, pp. 189 - 195, 1972.

78. Петров П.А. Гидродинамика прямоточного котла. М.: JL: ГЭИ, 1960, 168 с.

79. Яркин А.Н., Куликов Б.И., Швидченко Г.И. Консервативная модель межканальных пульсаций в системе параллельных парогенерирующих каналов. Атомная энергия, 1986, т. 60, вып. 1, с. 19-23.

80. Яркин А.Н., Корниенко Ю.Н., Куликов Б.И., Швидченко Г.И., Определение границ и периода автоколебательных режимов в системе. ФЭИ 1394, Обнинск, ФЭИ, 1983, -16 с.

81. Швидченко Г.И., Куликов Б.И., Судницин О.А., Яркин А.Н. Определение границ области межканальных пульсаций в системе параллельных парогенерирующих каналов. ФЭИ- 1494, Обнинск, ФЭИ, 1983, -22с.

82. Turner J. М. and Walls G. В. The separate-cylinders model of two-phase flow. Rep. № NYO-3114-6. Thayer School of Engineering, Dartmonth College, Hanover, New Hampshire, USA, 1965.

83. Boroczy C. J. A systematic correlation for two-phase pressure drop. Chem. Engng. Prog. Symp. Ser. 62 (44), 232. 1966.

84. Chisholm D. and Sutherland L. A. Prediction of pressure gradients in pipeline systems during two-phase flow. Proc. Inst. Mech. Engrs. 184(3c), pp. 24 32. 1969-1970.

85. Martinelli R. C. and Nelson D. B. Prediction of pressure drop during forced circulation boiling of water. Trans. Am. Soc. Mech. Engrs. 70(6), pp. 695 702, 1948.

86. Lockhart R. W. and Martinelli R. C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes. Chem. Engng. Prog. 45(1), 39 48. 1949.

87. Rizman-uddin. On Density-Wave Oscillations in Two-Phase Flows. Int. J. Multiphase Flow. Vol. 4, 1994, 721.

88. De Kruijf W.J.M., Sengstag Т., de Haas D.W., van der Hagen T.H.J.J. Experimental thermohydraulic stability map of a Freon-12 boiling water reactor facility with high exit friction. Nuclear Engineering and Design. Vol. 229, 2004, pp. 75 80.

89. Whitfield K. and Roy R.P. Boiling flow through a rod-bundle channel: steady states and dynamic instabilities. Int. J. Heat and Mass Transfer. Vol. 38. No. 8, 1995, pp. 1409 1425.

90. Yadigaroglu G. and Lahey R. T. Jr., On the Various Forms of the Conservation Equation in Two-Phase Flow, Int. J. Multiphase Flow. Vol. 2, pp. 477 494, 1972.

91. Клименко B.B., Сударчиков A.M., Григорьев B.A. Экспериментальная установка для исследования неадиабатных двухфазных потоков криоагентов. Тр. / Моск. энерг. ин-т, вып. 534, с. 30 - 41, 1981.

92. Сударчиков A.M. Экспериментальное исследование интегральных характеристик теплообмена при вынужденном движении двухфазного потока азота в длинном вертикальном канале и расчетные рекомендации. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук, Москва, 1984.

93. Klimenko V.V., Sudarchikov A.M. Investigation of Forced Flow Boiling of Nitrogen in a Long Vertical Tube, Cryogenics. Vol. 23. No. 7, pp. 379 385,1983.

94. Эксплуатационная документация трансформатора ТПО-10/80/160 ПК. Техническоеописание. С.16. 1970.

95. Эксплуатационная документация. Трансформатор ТПО 10/80/160 ПК.

96. Advantech PC-LabCard PCL-819L, Lab and Engineering Add-on's for PC/XT/AT, User's Manual, p. 132.

97. Измерительный комплекс давления типа ИКД-27. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 36с.

98. Датчик расхода ТДР. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1975 28с.

99. Вепшек Я. Измерение низких температур электрическими методами. М.: Энергия, 1980. - 224с.

100. Теплопередача: Учебник для вузов./ В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. -4-е изд. М.: Энергоиздат, 1981. - 416 с. ил.

101. Трансформатор тока измерительный лабораторный УТТ-5М, 1977.

102. Furuya М., Inada F., Yasuo F. Inlet throttling effect on the boiling two-phase flow stability in a natural circulation loop with a chimney. Heat and Mass Transfer. Vol. 37, pp. Ill -115, 2001.

103. Рабинович С.Г. Погрешности измерения. JI.: Энергия, 1978. 378с.

104. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статическая обработка его результатов: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 272с.: ил.

105. Klimenko V.V. A generalized correlation for two-phase forced flow heat transfer second assessment, Int. J. Heat Mass Transfer. Vol. 33. No. 10, pp. 2073 2088, 1990.

106. Hewitt G. F. and Roberts D. N. Studies of two-phase flow patterns de simultaneous X-ray and flash photography. U.K.A.E.A. Rep. № AERE M2159. 1969.

107. Taitel Y. Flow Pattern Transition in Two-Phase Flow. Proc. of the Ninth Int. Heat Transfer Conf. "Heat Transfer 1990", 1990, Jerusalem, Israel. Vol. 6, pp. 237 254.

108. Хаббард М.Д., Даклер А.Э. Характеристики режимов течения горизонтального двухфазного потока. В кн.: Достижения в области теплообмена. 1970.

109. Кутепов A.M., Стерман JI.C., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учеб. пособие для втузов. 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 1986. -448с.: ил.

110. Lewis J.P., Goodykoontz J.H., Kline J.F. Boiling heat transfer to liquid hydrogen and nitrogen in forced flow.- NASA Technical Note D 1314, September 1962.

111. Klein G., Heat transfer for evaporating nitrogen streaming in a horizontal tube.-Proceedings of ICEC6, Grenoble, May, 1976, pp. 314-318.

112. Steiner D., Schlunder E.-U., Heat transfer and pressure drop for boiling nitrogen flowing in a horizontal tube.- Heat transfer in boiling. Hemisphere, 1977, pp. 283 306.

113. Mohr V., Runge R., Forced convection boiling of neon in horizontal tubes.- Heat transfer in boiling, Hemisphere, 1977, pp. 307 343.

114. Klimenko V.V. Heat transfer intensity at forced flow boiling of cryogenic liquids in tubes, Cryogenics 22 (1), pp. 569 579, 1982.

115. Долгой М.Л., Троянов A.M., Пузырьков Ю.А. Исследование теплообмена при вынужденном движении азота в горизонтальном канале. В сб.: Теплообмен при низких температурах, Наукова думка, 1979, с. 25 - 32.

116. Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей. М., "Энергия", 1977, 288 с. ил.

117. Клименко A.B., Сударчиков A.M., Клименко B.B. Кипение вынужденного потока азота в канале. Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену.1. Т. 4, 1994.

118. Теория подобия и тепловое моделирование. Сб. статей под ред. Г.Н. Кружилина. М. "Наука", 1987, с. 168.

119. Турчак Л.И. Основы численных методов: Учеб. пособие М.: Наука. Гл. ред. физ. -мат. лит., 1987. - 320 с.

120. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. 10-е изд., доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1987 - 432с.

121. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Двухфазные течения в элементах теплоэнергетического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1987. 328с.

122. В.А. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдлин А.Е. Техническая термодинамика. М., "Наука", 1979, с. 512.

123. Промышленные фторорганические продукты: Справочник. / Максимов Б.Н. и др.1. М.: Химия, 1990, 464с.

124. Справочник по физико-техническим основам криогеники. / М.П. Малков, И.Б. Данилов, А.Г. Зельдович, А.Б. Фрадков. Под ред. М.П. Малкова Зе изд. перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1985 - 432 е., ил.

125. Лабунцов Д.А. Обобщенные зависимости для теплоотдачи при пузырьковом кипени жидкости. Теплоэнергетика, 1960, № 5, с. 76 - 81.

126. Седлов А.С., Кузма-Кичта Ю.А. Шкондин Ю.А. Исследование тепловых процессов при низких массовых скоростях и уточнение методики теплогидравлического расчета испарителей. Теплоэнергетика, № 9, 1998, с. 38-42.

127. Буянов Д.В., Седлов А.С., Кузма-Кичта Ю.А. Шкондин Ю.А. Исследование влияния концентрации водного раствора сульфата натрия на возникновение области ухудшенного теплообмена в испарителях и паропреобразователях. Теплоэнергия, №4, 2000, с. 67.

128. Савин H.H., Комендантов A.C., Кузма-Кичта Ю.А., Бурдунин М.Н. Исследование влияния пористого покрытия на характеристики начала кипения в трубе. ИФЖ, т. 58, №5, с. 808-813, 1990.

129. АТЛАС РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛЕ КИПЯЩЕГО АЗОТА.

130. Приведены первичные результаты экспериментальных исследований гидродинамической неустойчивости при кипении в канале вынужденного потока азота. Показано изменение во времени режимных параметров в конкретном опыте.

131. В тексте формат нумерации рисунка из Атласа выглядит следующим образом -"рис. А №", здесь "А" означает принадлежность рисунка "Атласу экспериментальных результатов.", а "№" означает порядковый номер рисунка в Атласе.

132. V10, дрю' м3/с Па 0,30 г 0,40,250,200,150,100,050,00ю-5,1. Па 3,53,02,52,01,51,00,50,0-0,51. Др Ю-*, Па1401451501. V 103, м3/с1 1 1 1 ■а -1-1---1-------- 1 •■I— i 1 1л Л д 11. J \J\155 т. с

133. Рисунок 2. Фрагмент зависимостей Лр(t)hV(t) рисунка 1.1. VI О3, ЛрЮ"5,

134. Рисунок 3. Фрагмент зависимостей Ар (г) и V(т) рисунка 1.1. Др Ю'5, Па0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -ОДр 10"5, V 10\ Я' Па м3/с кВт/м2 5 -,0,1525о,ю;200,050,0015

135. Рисунок 4. р = (ъ,\ н- 4,1)105 Па.400410420430440450т, с