Теплоотдача при пузырьковом и переходном режимах кипения бинарных смесей в условиях свободного движения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ТЬ»0£Л^« ГгОТйРШ ДАГЕСТАНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА

г ^ российской шддаш наук с рукеотсз

Диатао Абдрпй 8£гх?ев

ТЕПЯОС:Д\«А ПРИ ЙУЗЬРШОВОЧ И ПЕРЕХОДНОМ РЕГу-?-'Х ®23МЙ ЫИАРКЫХ СЬ. СЕЙ В УСЛОВИЯХ СВОБОДНОГО ДВИЗЕНЖ

Спечиалькость 01.04.14 ~ теплофизкка и ттек^ярнэя

аьгсршрат

диссертации ! а соискание ученой степени кандидата технических каугс

Махачкала - 1904

Работе иыгкдажн а Даг-естггкско.» гоеддврстягнксм университет им. S.M. Ленина

Офяцжаяънне лтпсяенты: доктор тгаштзских наук Степанов Г. В.

тендийвт фазжо-мйтамтиздсих н*уЕ, д :цект Магомедов А.М.

ортапгалунг - Сгаярстш>ск*й пояитехничееткй кктеиту?

Нлучвий руководите« • дэктор ташячееяих наук, профвсгор гащмроа s.a.

Нарятл еостсмкся "jií и te*я IV94 г. а 14°°ч. на заседания -"пециахапфояанмого совета К-200.35 0i' при Кгста.уте проблем твдаечмшн Д&ресадкскотв «арного центра Российской академии leyit по ягуе^дг; 367030. ttnavxeca, пе.Еаашква ?9~а.

С kgwc <я.шк>Ш9т&ся • библиотеке Ннепп/та.

Огаиш к* гл^ерейерш? r.pos» *змф8»ат> по адрес/" 3S7Q3Q, r.iasswaäsja, ЭЗ-а, учааому сехрэтеро

епзгэшггяфэвайнсго ео*з*а

Автореферат ржзгслжч 1994 г.

JO'skhS ее^зретарь

____

(швдияш: ароташото совем С^ А.Р.Баэагр

- á-

0В31АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Теплообмен при кмпен'-ч кнл.чостей представляет слсгысо сочетание проце соз из мнения агрегатного состояния, коквскции И -сплопроводности. До CWX пор КОТ ойцон тсорин зтого явления» нотор?^. лазала бы возможность с необходимо.. для практики i „чнсстью рассчитать эт^т слоимый процесс. Кекду тем, дальнейшие экспериментальные я теоретические исследования з этом направлении псиобретгзт асе бользуо значимость в сгпак с возросшими Tpefзваниями к инаекериш расчетам аппаратов современней Екоргегики и новых отраслей техники.

Пузырьковый и переходный решила кипения являвтея наибелез аффективными способами отвода тепла-в толлэзнергзгическем оборудовании, работающем условия* экстремальны* теггавзл нагрузок, дссткгаач'и» десяткоз 1вт/мгпрм относительно иизкня температурах (до 573 К)

В настоящее время наиболее подробно изучен псоцосс теплосбиз-• ка для пузырьнпзого ре..;1-па кипения воды и других едкекомпонентаых тадксстей, для которых получены крит^риа^ьннр и другие эмпирические зав. дикости для расчета теплоотдачи (три ккиении.

За последние десятилетия как в к^еен стране, так и эа рубеасм было выполнено' значительное число исследований, ,/:ос::я1;г;-.;шх проблеме теялотдачи при пузырькозем кипении бинарных смосаД ÍB.G.). Весь накопленный экспериментальный материал показывает, что зависимость коэффициента теплоотдачи £ от состава X смеси имеет яр-vt пораженный экстремальная характер. Что касается аззиеккоети первого критического теплового потока. ,%¡> от состава смеси „то она имерт лрсткзспс/с"!«:': характер зависгсжгсти для тогхо-

отдачм. Оэъясмть- слимый характер гавксиюстей ¿.-¿(л) и Л/. .s:¿{xJ¡ rfa основе суцествувг^я моделей процесса жзпе:г-я чистьк жидкостей не представляется го_.£с2кым. Крокз того, расчета г-пхз.--зкзаат, что уравнения, .тредлокеннке различимая« кссдедозатсотя-! для определения теплоотдачи при кипения од.гхс;отскектаых (чистых) аидкостей не списуваят удовлетворительна зависимости ¿Zssg&ji к V -fy^pS-pj.)- Все это говорит о том, что кеханигуу дагекия смесей присуще ев: s специфические особенности.

- г -

-десь, лрсзд^. acero, следует иметь в вкду. что ккпэниз смесей сильно. осложнено шийэдхш мщентрецконксй к термической диффузиями. 8 бояьгиястве ргннкх ис&педозазмх на эти явлекик кгло обра-^атссь

Bn>A.-SH/ifi.

!£сличестзо работ, поозя^еяккх исслеяозаккз кеханизыа теплообмена переходкого кипения ШЗ.. не так велико. Теплоотдача г.ри ПК мнсгоножюкзитшх систем пр&чтическм не изучена. В литературе по зтс».'" вопросу ьше* обнарукэяз едикстзгяная работа [i], s которой призрены эхспгркменталъдаг данкыг по теплоотдаче ПК бинарной c*sw? (3. С.) этгкод-вода. Однако св^лглия, ccfispsas3«e б кэй, крайне ограниченна. Зйозно кзистат^озать, что исслвдозаикя тепло* г.'.^ачи при ПК дахз «га (5. С. ) находятся на начальной стадя-:. Поэте^' экспериментальной и теоретические йсследовакия s зток ная-ра-теакк пркобрйтагт>тяшй нэучнай и практический »¡нтерес.

Цель /збзга - зкслерженталььке исследозаню. теплоотдачи пу-зырскозогс у. переходного ршаюй кипения, а тачзе критических и геплозах потоков для бинаршт смесей к составлявших их опнокомпо-надткнх (чистых) видкостей. Анализ эксгерккенг^ьшсх результатов, разработка- прибляиенни» «гелей механизма и получение расчетных р£!хг«зндаиий по теплоотдаче йдя зтих реаимоз кипения,

Научная новизла. Влерыге шлу-гена эдинуй эксперк знталзные • кр.чгае (при яг«?«*} для пугырькозсгс и переходного рояи-

ксз хйпзккя (вхлйчгя и тачку кризиса) для бинарных сь.сесей ацетон-года, зтакзт.-есда. к ацетой-атакол. Впервые обнаружен , что

¿£ЗК"Ч5£ОСГв (при ¿LT.Z-ШЫ. ) ДЛЯ ПК 5тик GK71&A V&Sc? ЧёТКО

вкрггежггй мгкеимук при определенном значат« конценхр&цяй а&си .%. Показано, что теплоотдача при пузырьковом-кииел..« укаггкшх ваше бинарных смесей удачно спиозает д5ухтгпоигэтнай модель ife-букцозг Д. А, Что касается теплоотдачи при ПК s'íkx смесей, гэ7показа, о, что ока удовлетворительно описнгаетс« модельо Егозе. В. В. На основе sw моделей гяяучзкы голугшкрйчэские C3g>tko:.jk!ís для расчета теплоотдачи при пузырькозем и переходяэм pasvaax кипами бинарных саесем к однскомпскентнах гздхо лей. Получошке гаэч -к-мостк учитаггэт влияние материала и нерочовг. гости ■ поверхности riarpeoa ка интенсивность теплоотдачи при nysi рысовоь-; и переходное режимах кипений.

- з -

Практическая ценность. Результаты- .^ксперачектаг;' кого исследования теплоотдачи для переходного я пузырькосого рездасэ ккггэ-ния бинарных смесей и еднокомпенекпш алдксстса ккопт пркклгдау» значимость при-расчете аппаратов химической технология. Полученные соотношения для '^ллоотяачи, при пузнрьксэсм и перекодаоа рс-хшах кипения и кризиса кипения ¡жгут £1Ъ рекокемковгка организациям, занимавши- 'ся теплошам расчетами оборудований вазличтая отраслей техники.

Азтс. завдас-т:

- Методику я результаты экспериментального исследоззния теплоотдачи при пузырькогом и переходном резкмах иснпсигя,, a tskes кризисов чкпении трех бинарных смесей и состаэляда-тях . на одага-компоненткых яндкостеЯ а условиях свободного дзиа^ьйл.

- Приблияенкыз Физические тдет для пугкрьяогого и переходного рагшоо кипения и получении?, на их основе расчетнкэ созтно-есийя для теплоотда .м я кризиса дин условий ^зейолкого ,движения.

Апробоция работа:. Оснсиныс результата рз5итн Долккм-йа и с5-.

суадскы на Э-оя Всесоюзной конференции по тзплеЗкзкческка csoäs-твзм 20г>ес?в (г. Махачкала, 1992г.). на 4-ом Всер^ссйЯском '•свеца-яии "Оазкка 'и теянологм" Еиракоьонннк ггалупроподаикоз" (р.Йахач-каяа'1833г.), на каучно-техничеао« коуфер^чцияя молодая ^«гназг Дггсста ;кого университета (г.Махачкала, SS9ír., 1993г.)."

Публикации. Основное содержание диссертация отрагено в 3-х работах. • о

структура и обгеы работы. Диссертация состой? из введения, 3-х г лап. ззклвчг-ш. би&шографичссксго списка кз £93 наименований и 4 приложений. Опция объеч работы Я06 страниц, ззиетга ра-с"нка и 14 табль.-,.

ОСНОВНОЕ ГЯДБРШИБ РАБОТЫ

íío вподснии о&оснопкпаотся актуальность, научная ютизка, практическая зиачкносп. работы, формулируется цель нсыгадоэг vM, отраиаэте.i положения, иын 'Симко- на защиту.

1. Потп'орис вопроса механизма процесс? лсСооЛредсл.-J■;:it. при киконии бинарных смесей и одгсоношонентаый гадг-оютеа.

d ланний глгшо делается попытка изложить на основа изеледига-кий аитора ;■ аботы £2] некоторые вопросы ' ¡«я перовой

Фалн на поисрхностн нагрева для смесей. ' Поканкзаегся. -то ¡<рктм-

- к -

ческий радиус пузь .жаЦ^ иг )ает Фундаментальную роль для оценки механизма процесса кипения w. .остей.

Здесь же приведены необходимые аналитические зависимости по •*акин важньъ внутренним характеристикам процесса кипения бинарных смесей, как кри" чческий радиус, скорость роста и отрывной . иаметр пузырыь., а также времена рост». и ожидания парового пузырька. В этой & главе рассматриваются некгторь'Л общие закономерности для переходного кипения (П. К.) жидкостей. Показывается, что з настоящее время механизм ПК смесеГ- не изучен, отсутствуют сведения по внутренним характеристикам ПК смесей.

2. Экспериментальное исследование теплоотдачи при пузырьковом и переходном кипении бинарных смесей. 3 этой главе приводится описание экспериментальной установки 'рис.и методика постановки и проведения исследований. Основу эксперишеьсальной установки составляет цилиндрический сое,д из нержавеющей стали, в центре «нища которого закрегдо.^-тся медный образец марки М2. служащий в качестве нагревателя. Кипение осуществляется на верхней тор.ев^й поверхности этого образца. Обогрев пооерхност в основном осуществляется термосифоном. Кроме того, в ачесгве вспомогательного источника энергии использовался электрический нагреватель из них-1/Омовой проволоки, намотанной на нижнюю часть медного образца. Он позволяет, во- первых, осуиествить предварительный подвод энергии к образцу и псы .учить начальный участок кривой пузырькового кипения и, во-вторых, облегчал получить высокие критически^ тепловые .потоки, которые характерны для воды и некотором смесям с водой.

На основе гк-.лзашй термопар, заделанных в медный образец, определялись интегральные характеристики процесса кипения - сред-шя температура поверхности кипения 7V > температурный напор д7, плоти сть теплового потока tfo коэффициент теплоотдачи «С и соответотвуюцие погрешности оценки эти. в личин. Все опыты проводились при атмосферной давлении в режиме, близком стационарному. По реэулъ .-атам измерений для осредненных значений показа1-ий термопар уотодоы наименьоих квадратов составлялось уравнение регрессии для распределения температуры по сечения - образца. перпендикулярным ею осям:

ТУ) г В.+ ВгХ , • ' (1)

где X - координата точки, где расположена термопар», £„ и & ~

>лг=. I

i - rs'4'H.y't:!'4v':<T.'i coc;/:;; 2-■ о..'.п?г,оч!;о окна; 3 - крти« yo?a-; on::.:; -1 - ли;«*:» >«*.raon:u:i • 5 - кошоастииипыИ'i. .1-репато.гь; ъ-- кппг.а-са?«", тпрон; 7 - тйсшпагп д»я измогонля температуры ;s:v;:"o г:чт; 6 - ro».bCit;oti; 0 - хюнтагашй мономотр; 10 - реле; П - rp.imv.'on,«!!;'.. af«.ifH'f; 12 - всиоштотппьшП (кгэ'-татежь; LO - ¡ ¡со-шую îovd; i 4 - тормогташ; 15 - сосуд Дшчра; 16 - ЛАТР; IV - f- 'I.H.i1' oóinuii'iw

константы. С полощьп записимпсти (') рассчптыпалас^ гешозатурз. позерхногт:' кипения.

Плотность тог лоьсго штока Ц, . подводима. I к поверхности топ-чсоСмона, определялась по ураонеяиь

"40 Я - коэффициент теплопроводности материна оброка нагревате^ чя. ¿Т- - перепад «ъик.р.-ггур на расстоянии^* между сочснняни эазца.

0 Методик расчета величины ^ по иыражения (2) справедлива для глучая одномерного. т сагового потока. Расчеты пс-казапи. л"о боковые потерн тепла и образ"0 нз прссишах/? О.ЭТ, от теплового потока, эпродс-ляомого с поипцью (2).

и глаз о рассматривается н ел устойчивости режима переходного кипения. применительно и условиям проведения опытов в настоящее исследовании это делалось на основе вираженкя

Для пузырькоио^а и пленочного реяимэз кипения криоая кипения нпе-эт положительный пак/ют. [(.(^/¿.(аЪ) > о] и ■ н^рс.пег^ гпу всегда выполняется. . так как К. О Что касается режима пе'роодн т«.' кипения, то для него крииам кипения и.-ее г и-'рицат>';'|Ьний наклон, т.е. 4 0- Чем :ильн<\- норат -нсгио. тем с \п.

устойчивость переходного нипейил к но^мошпхм • •тклонониям. Сомы покаоа/ш, что при гчбстс с оргиничеемши ¡»идкостями ¡'. их смесями переходное ПК кипение протекает близко к устойчоому кпазистацио-нарному режиму. Что касается поди и некоторых, концентраций с-эта нолом м ацетоном, то для них устойчивее переходное кипение наблюдались при высоких перегревах, дсстигаюших по, ядка 80-100 К.

Исследование первого кризиса. теплоотдачи пузырькового и переходного' режимов кипения! В разделе 3. Г. данной главы представлены результат» исследования кризиса и теплоотдачи пуйырькопо-го кипения бинарнах смесей. Пузырьковый режим кыЮкпя. по-чори-ых, изучался о связи с тем. чтобы получи-. . точку кризиса и затем постепенно перейти к исследовании переходного нипокил к, го ото рыл; для используемых и опыт;« однокомпонентных кпдкостон и их бинарных сносей узе икоытся п литературе игткфимотллпнио дапнк"

\

по теплоотдаче для пузырькового кипения. Это позволит г сравнить чаян данные по этому вопросу с результатами наиболее прнэн&чннх иссл'.моилнин други» лвтором и том самым убедиться п достоверности Каких измерений

Снач;шс изучалась теплоотдача при пузнрьког.ом кипении одно-но!1понс'!т>!мх 'химически чистых ¡..идкостии ацетона, воды и этанола. а затем для и; смесей: ацетон-сод*. этанол-сода и ацетон-зта-нол. Выбор указанных ■ мссой обусловлен сце и тем, что для них 6 литературе имеются эксперимент,--.л_.нче данные по теплофизичгским спойстплм. Bet- эти даннно, обработанные для температур пиления, приедены п п'-дс. таблиц d прилояении к работе. Опыты проводились на линии насыщения для смесей ¿адгнных и объемны» долях: OS, ior, 407., fiCM, 100% легк тетучего компонента в тля. Поверхность кипения з опытах была обрабч-ана по Р классу чистоты (JLs. - 5-10 ыкм) ГОСТ 2739-73.

На ри 2 и 3 представлены крив::о для пугчрькового и переходного реяимов кипения ^инаркых смесей ацотон-вода и ацетон-этаяол• о зависимоси от перегрева яидкости AT дль заданных концентраций. Необходимо подчеркнуть^ подобные единыь кривые яп- бинарных смосой получены вперв'-э.

На основе рис. 2 и 3 мояю постр ить спавг :имости коэффицу'ота теплоотдачи «С от состава смеси X для Фиксированных перегревов Д11 . Зависимость ■ Д^-я определенного значения ¿V представляет

собой кривую с точкой минимума. .

Что касается завксимост" критического теплового псто.ча j^, от состава X » то она проход^ через точку иаксгавума. На рис. d представлены зависимости и ^^-¡f/^) для смеси гцетон-эта-

№.л. Как видно, они ккеэт пратхБополакннэ характеру. Зти закономерности, обнаружении в наяих опытах для пузирькозг-чэ кипения и кризиса, тдтзерддагэт аналогична результата других авторов.

Г ?.. Приб. таенная физическая модель и расчетов сооткозакиа для теплоотдачи прй пузырьковом кипении бинарных eaecifc м одно-компонентных жидкостей. При ренении этой части работы испопьз. эт-ся физическая ч^щепь Д. А. Лабунцова. котог ором работы[з}была расиостранена для анализа теплоотдаче . чипенки бкнарных смесей.

По этой модели суммарный тепловой потек ¡^ ка говерхност нагрева в ocHotrioM складывается из потока ^ , отводимог ) теплопроводностью через заторможенный слой к основной кгссэ т. .кости, и

• ■ //»• . ■ 9 /К I +

! ¡1 ; . -

/ ° 'Г--■ ' •'»«'/

// Д//

° Г

о «■>■

У- / ,

1'/

7."

*

Г

®®е» '

I ! I 1|Ч>

4 ; | ■» л*

< 3 i 7 *

Рис. 2. Ацетон-воде ?ис. 3.-ддегок-г.-аяол

штьда данные. с.рк пузырьковом и терау.эдьоц ктаек:а банаршх ®сэй ацотон-БЭда л апзтсн-^тякэл. Тлчкк 1-7 со';тьетстг"от >*тдаатрацааи 02, 1С', 202,. 401, К?', 100: ^ ацетона ь ес-| я этаноле. Точки 8 соответствует кризису кипон.м для укг?зн-а смесей. Линии 1-7.построены лэ формуле (В), г. -

ютвйтствуаг формуле (25).

м5 Бг/м*

1С.

4. Опытные данные по кризису кггмшш бшаркоП с.:есл ацзтон-этанол. Точки 1,2 - соотзетствошо данннз автора Кута-тедадзе и до. Пунктирная крдааа - расчет по форь;уле (12).

потока которой расходуется ка испарение "микроскоп" икднос-

ти в зоне основания пузмры:ов н жидкости на их сферической чаете, т.е. '

Здесь величина ^ кмоот зид

где . Д, - средняя пульсационная скорость движения

тсп^оносител;.

Значение определяется на основе данных по ынутренним характеристикам процесса кипения и и общем виде записывается в пзде

где и) - неюторая средняя эффективная скорость паросбрадозакия.. когда на л*. .¡срхности действуют /^центроз парообразования. Значенной? можно определить через объемную скорость г.ора. генерируемого центрами к»..енин, т.е.

= [1) .

Ислопьз/я данные по внутрэгмиы характеристикам процесса нтзккя бинарных смесей, приведение в работе зависимость.^ 4) с помощью соотношений (5), (8). и (7) ысиско представить в геритеркаль-

При исполмовании зависимости (8) для однокомпонектных жидкостей необходимо половить 1 а значение л?

На- рисунках 2 и 3 предстал!лены результаты сопоставления ¡.¿ши-симости (8) с слученными в работе экспериментальными данными по интенсивности теплоотдачи при кипении С.карних смесей ацетон-вода, ацетон-этанол. На отих рисунка- п. ккткрные линии страхает результаты ра-. етов по уравнению (8) с чокстантздя «

.0.«.»"*: 0.в.....

3.3. Физическая модель и расчзтное сооткоиение дль и<ритичес-

- 10- '

кого теплового потока при кипении бинарных смесей_и ^эднокомпо-

нентних яидкостей. В з/ом разделе работы, анализируя сущесТс.тощио гипотезы о кризии? кипения вндкостей с больаом объеме, показывается, что это явление удачно описывается на ос. .оое тепло-гидродинамической модели .[4]. . Эта модель позволила получить елсдуг.щув обцуи зависимость для оценки величины критического теплового потока Я/р./*:

.. юг.

где, £¡4 - толщина "микрослоя" под кенгломератом; '¿к - время его адста на поверхности нагреъа.

Отношение зависит как от физических сиойсть »идкос-

тк и пара, так и от теп эфизичес:'.их характеристик и ¡«азморов . поверхности нагрема. Результаты анализа гкилзали. что ' величина имеет следующий вид

где критическая скорость парообразования, которая опредол»

ется по выражении

(И)

Г -г^г*

Зд-сь функция ¿[ ^^М} . ' учп-ъпаст влияние сос-

тава смеси на величину '.. Он^ при переходе г. ^днокомшнентним системам равна единице.

Параметр £Агги ыыраженни НО» есть отношение тепловых . актизностей жидкости (Л-е^-ру1^ 1. нагревателя (¿•Ср-?)*^ Он учитывает влияние материала нагревателя на .1уур . Имея выражения (10) й (11) зависимость (9) перепишется в виде

% -МЪ-гр^2- О + и2)

Это есть итогозая зависимость для расчета критического тсплтого потока Ц/ц, для бинарных смесей и однокомпоненткых жидкостей с учетом влияния тешюфизических свойств поверхности нагрева "'на величину

На рис.4 представлены результаты сопоставления зависимости (12)" с экспериментальными донгами по кризису кипения бинарной смеси ацетон-этанол. Как видно, зависимость (12) удэьлетворитель-

-и-

но описывает результат опытов.

Расчеты показали, что зависимость■(12) верно отражает с по-ночью параметра и влияние материала нагревателя на Одно! из отличительной особенностью Формулы (12) является то, что он< позволяет учесть и влкякк-з толщины стенки нагревателя и покрытии на величину

Экспериментальные исследования показывает-, что в тепловом, отнесении утоншение теп/юотдаящей стенки вызывает такой ке эффек-.. ха> и уменьшение тепловой активности материала нагревателя (д-Ср-Р)^'-п тон й з другом случае значение уменьшается. Б этой ыяз: слияние £еТ на цожно оценить с помощь» некоторого эффективного коэффициента тепловой активности материала, который имеет вид

где Ь - некоторый критерий, определяющий тот размер, при которое нарушаете,. принцип автомодельное™ величины Цг^р относительно . Он ипеет сл.дущий -ид:

где И - средняя глубина проникновения температурных волн в •™зер-дес тело, определяемая по формуле

г. которой йг - чооМ-ичиент темпсратуоопроводности нагревателя.

Гели в 42) £ !. то величина Ц^ не должна зависеть от $е? . « г^тг/.' случае нагреватель рассматривается как пол; ограниченное т- ло и зависит только от тевАоф'изических свойстр поверхности да будет 1. т/; гт величину будет оказывать '-'Сличим?.

?аним образом. рззенстсо (13» указывает на то. что кризис ки->гнп.> ча пи'-С, «но .ти теплообмена с конечными размерами мояст про-т-'-а'-'ь .•:-»•< >.:■. ка-' из рг-луограчр-'С-чнс'м нагревателе с рф|>еч"мвным •"мп-зеой актиьиэс-и.. • Следовательно. ве-

-и-:чг". Ц/КЙ на ".-аким 1с°згонлгреват€ле мотет быть рассчитана по у").- Рг - ни О '*1, ости и него ггесто кээ$$ищгнта тепловой зктир-чо^л^ьпогс нагрсиателя гюдстаЕит;> выражение (Г?>.

" * ' -11-'»налзгимные рассуждения можно провести и в том случае, когда I качестве поверхности теплообмена используются различного род;. 1ластин=1, накладываем на подло» ку в ьиде попу ограниченного те-и, глуаачег. как концентратор энергии.

& 4. Опреде. нче критического температурного напора '.Т«? . |дной и? пэянкх харгжгер :тик лервого кризиса кипения жидкостей !.одяс.ся воличича температурного нал -ра. АТ^. соответствующая юрвому критическоиу тепловому потоку . В рахисах гиг одинами-1есксй теории ресение этого ^опроса можно осуществить на , слечую-¡их представлений:

. Р''де« считать, . что на поверхности нагреса перед кризисом су-

цестр'-ет устойчивое пузырьковое кипение-. I. Необходимым условием для нгступлек я кризиса кипения принимался равенство средней скорости парообразен »а на поверхности , греза, гченязаеыгя по форму.<е (7) и критический скорости двихе-1ия паровой фазы (II) п*. Гельмгольцу.

Тогда, имея зависимости (7) и (11), можно написать равен-те.

ЦЧкгъдгКЧ*. ^а), {1в)

второе при подстановке соотношений для плотности центров парооб-|©чования . отрывного чиаыетра и модул- роста пуаырька А , ¡слученные в пераой г^ше работы, дает зависимость для опред легки величин д Гцд

3.5. Физическая модель и зависимость длл расчета теплоотдачи |ри переходное кше"нш~бйнарньй смесей и одгчошонентных жидхос-•ей. Одни?. Из фиоически обоскенанных подходов в изу -знки механиз-¡а пер чодного кипения (ПК) принадлежит авторам работа . [ 5 3 . В (то? главе делается попытка распостранить эту модель на высоки-|гвления насыщения, а таши, использовать ее для описания теплоот-|ачи при ПК бинарных смесей. Кроме того, попутно тгзится задача >б учете влияния материала поверхности нагрева на интенсивность еплоотдачи при ПК. Этот вопрос .имеет принципиальное значение, •ак <ак зкепегиме .тальные исследования показывает, что тешюотда-1И при ПК с почыаением тепловой активности материала нагревателя . УДО'ОД«) ■ • • заметно уменьиается и ииеет противополс «<ную зависимость по сраш.анкп с таковой для обычно-о пузггькового реяима кк-1ены. Далее, девается попытка учесть к влияние шероховатости по-(ерхностк нтрсва на интенсивность теплоотдг'чи при ПК, так как ятыты ряда аьторов показывагчто с уменьшением размера верохо-

- п -

ватоти теплоотдача при ПК монотонно возрастает. Эта зависимость такяе имеет проемвополохний характер такошй дл" теплгтда-чи пузыръкоясму кипг :ию. Отличительной особенностью механизма теплообмена ПК ядлястся его квазипериодический характер: имеет" место периодические контакта жидкой и паровол фаз с позерхностьп теплообмена. Так как определенная деля времени поверхность нагрева контакт.руст с паровой фазой, то кожко допустить, что в ллбой момент .врыени на поверхности нагрева могут быть неограниченное число готовых чентрсо парообразования. Э^о положение еце обосно-ва^-тся тем, чте при ПК перегревы жидкости ЛТ достаточно целики, а поэтому критические размены, пузырьков и размера впадин, являв-цимися центрами парообразования, достаточно малы. Следовате. ¿но такие впадины > орояс захватывают пар и в большей мере "застрахо- 1 ваш" от проникновенна п ки< жидкости после отрыва парового конгломерата и последующем контакте жидкости с поверхности нагрела. о

В момент контакта аидкости пристенный ело., практически мгновенно прогревается, а из готовых центров кипения начинахт расти парооыо г.,зырькн, которые гатем быстро сли-лптся и отбрасывают кидкуо Фазу о- иозер^чссти нагрееа, оставляя на ней тонкий "как-, рослой" »ЯРКОСТИ (ряо. С). 1-

'.'. - г';::л гс.. /¿ароУ: д ис\ен? кокгакте хюгге-*?; с -.ззйг».«-:рет:<ч гзг^ека-. ^ - оаяепкая паг^апя шшчка; « - 3 - сп'осскеся " коаглтлм-

;:.-т лус'^у;:;- 4»г к»-доз

,1 СбраоСЭ)Уаийоя после слияния пузчрьчов конгломерат растет за счет испарения эрй "иаироплених". Б'этот период происходит наиболее интенсивный от^.зд шерщи, от поверхности ндгреза и поэтому почт;« дая зеей облети ЛК зтог теплоегвоч является определявшим. В сзп-

[ с тем, что инчснсивкость испарения жидкости в "макрослое1" под нгломератом весьма велика, то скорость роста последнего .буде-статочно быстрым и давление в ».ом моает заметно превышать дгв-кие в жидкой фазе вдали от можфазной поверхности. После завер-кия испарения "макропленки" рост парового конгломерата птодол-ется хп отрывного объема за <?"гг адиабатного расширения пара- в м, ч заканчивается началом его всплытия. В этот момент о.-ружав-я паровой конгломерат жидкая фаза .прорывается к поверхности. ки-нйя и смачивает ее вновь. Далее цикла повторяется.

■Центральным моментом и принятой надели занимает вопрос оценки лчины макропленки под слившимися паровыми образованиями. Оче-дн^.даже при очень низких дазлениАХ для П! характерна достаточ-высокыЛ плотность центров пароойразопг 'ия, расстояние1 между торыми может при-»' .ть несколько десяти, в "азмера критичес-го радиуса . т.е. .(и,.&.-тЛ0?ШеКро! 1 того, можно достать, ч.о толщина мах~эплсики. $ под слившимися парозыми обрезаниями имеет тот ее порядок, что и величина 1л#-. Очевидно, э'ч оставлении еще сильнее долины выполняться при высоких давлени-насыцемия. так как в атом случае. хпри прочих равных условиях, аковка центров парообразования на поворхнос.и нагрева бу„ег стигать более г :соких величин, нежели для ПК в вакуум. Будем гд-ать, что толщина кешвд £ , под образовавшимся кож-ломг^а-и, завис! : от начальной скорости роста .. размеров .

зырьков, образующихся в период контзлета кидкости с поверхность, грева, плот* >сти центров парообразования , а также о:- Физи-"ких своГлв «к чости и натр;, зателя. По: :ону для г-.онки оеличи-Ъ можно использовать соотношение

гдложенное Д.А. Яабунцооым для анализа процесса кчп^чия кидкос-й. По сроей физической сущности ссотк ление (1.7) определяет не-горуп средаоо злфек ивнуа толщин, пристенного перегретого опоя цкости под ставшимися паровыми обра*, званиями при развитом пу-рьксвом кипении жидкости на поверхности нагрева. Как видно, эбы рас. штат о с лом? ;ьо зависимости (17) величину I . необхо-иметь вырг.ение для оце!.ли плотности центров парообразования • и произведения . „ля определи м»: Цршто использоваться цифицироважым соотношением Д. А. Лабунцова. получанным и работе З]. в виде

Здесь Й-* ■ нрктичсскиЛ радиус . ч^.орый ико^т гид

• я^-Ц^-С-^-^/' аз»

Г; функций 4(ЛТ;. |-:мсот вид ^Т^г^ЛЗбЗДГ.^.^)'^"1

. 4ущдия в .•маисимостР (13) учитРоаот з.и.яние материала нггре-ьатрлр на УЬр. Она имеет с^дуюций вид;

Еь = 1 + ,?0.

П;0 . ~ 1-П1ТСр'!М. ПреДОТОВЛЛЩЧЙ ОТНО-

топлоим: активностей жидкости и нагревателя

Фумкиия Ел. которая входит в зависимость (13). имеет следующий вид

г -г / Я*

/Г;1 121)

Ома учнтып,?ог слияние энз.'.хрд соро.хойатостн поверхности нтреза г1 а величину Для оценки произведения е ра&оте получена ичедуюц;« лм.исгног.ть для определения скорости роста парового конглеч-грата ка поверхности нагрева при ПК бмкарних суосос

Ш) -Г,

(.22)

При .7Ск. лта зазисичоеть переходит в соотнгаеш.е для скорости росла паровнх кснгломорлтов однокомпеемтнпх

Важным {«цггерем для ПН является элективный размер конглзке-ратл ■ Принимая ого |гриу -для момента яхтного нсларенил кзх-рогленьн под ним. близким к полусферическому, можно написать слс-

йугцс*' ',ч",гл!;:с- • материалы кто оаллиод:

„2

¡Чдстян.'тяя дзда '-..остмсхгжш (17) ч '' 51 . нотрудро .тлучить вп^-.-е^нис1 дл-т оценп'и. В'?Л1»:1Н,;. А,^ т.о.

я.кГ"5 ^-¿г

(ными внутренними хаг-актеристикани процесса ПК яиляются времена ' пактов жидкой ¿^и 1.ароппй <|аа. Выражение для времени кон-(та жидкости {у^. ¡\т периода полного испарения макропленки под «'ломератом можно получить о помощью соотношений .22) и ,24) о

аультать. сопоставления формулы »25) с опытными данными 1 по ^различных аьтороп для Фреон; ИЗ. этанола и воды, Полученными * ПК в условияхатмосферного давления. . показали. что ча увос-гпорительно описывает ооаультаты гжеперимонтои.

Ансим» вопроса ирсноии контакта параной . с поверх-

Юстьв нагрева был приведен на осноьи методики [й]. Она позво-гй получит ь еле думцу с ааииашость для -¿п ■

Ш

Я.г.......

(261 следует, чтобы рассчитать время ¿„, необходимо иметь за-симости для. Спредсления исличим отрывного диаметра Цвг и произ-дной Л ~ ЛЦуг/сИ . ? также и выражение для времени ро„тэ конг-черата . Для определения ¿г нежно воспользоваться формулой В. Игова, которая имеет вид

гда имея ураонения (22) и (27). можно написать зависимости для редоления {р и Дог в виде

Яшг'«в».

Определив с почоцы) соотношений (22) и ' (23) произведение , заоисимость (26) перепишете.. в виде

0.4

Из этого выражения видно, что время кон\л<та пара с ьогреоател пропорционально температурному напору ИТ о степени 0,4. Такая з висимость между {„ и ¿Т верно отражает результата опытов. Пол ченные зависимости (25) и (28) пзеолявт написать выражения я определения долей времен контактов жидкой .. н паровой .. ©аз нагревателем, т.е.

Г _ „ Ы__(31)

и+и и

■ А» 1п ,

¿Л"«*«. с-/1

Сопоставление зависимостей (31) и (32) с экспериментальными д; ньаш рззнлх авторов пока зато, что ьли разумн.. отражает результ; опытов.

Напиием теперь окончательное выражении для тогндеиы иакрегш ки . под конгломератом. Для этого подставим выражения (18). (1! (22) и (25) ь соотноиемио (17) и после элементарных преобргза ний получи».« зависимость вида 0

5 (зз)

Кроме выше полученных I (утрг ¡них характеристик ПК, для сце интенсивности теплообмена при ПК необходимо знать н величину д поверхности нагрева -5>««5"." , занимаемой аидкой Фазой. / лиз существующих экспериментальных данных по этому вопросу пс зывают, что величина 5" и Доля времени контакта жид- ости ^ оди порядка, "оэтому есть основание принять с;^¿е, т.е.

Таким обратом, выше получены все необходимые данные, позве сщие выкести окончательное соотноаение ■ для расчета тешюот; при ПК. Напишем для этого общее вг-эа эние для средней гиктк теплового потока, необходимого, для испарения иакропленки конгломератом, т.е.

п , (35)

. у г АЯ-З г**

- и -

П'лдстг.вл?:? теперь выражение '3-3/ и (34 • с (35) и производя апе '¡ен'прча-о преобразования, получил слечущее итоговое вь'раление г,л.;: расчета интенсивности теплоотдачи при лК:

где функция К« имеет ьид

К,»^ (37)

На р,.с. 2 ис 3 представлено: результаты сравнения формулы (36) с опытными ¿¡гнничи по теплоотдаче ПК длп 5г ;г ных сносей ацетон -вода, ацетон-зтанол Кок видно, г висимост» (36) с

константой . Г^,-Дг15?..... •лоз^.етаорительно •-¡исьшаот зкепери-

: ;г.т по то.,лсотдаче ПК. г 'осей о .зависимое ги л перегрева аидчостя ¿У для заданной.концентрации смеси. На рис. 6 в ноор пу-"т;г у.

йФ*'1? и проведено обобщение опытных дачных по "Тепло-

отдаче при ПК жидкостей. Как видно, Формула (30) с погрешностью ..50% удовлетворительно списнаа'т интгнсявноса'ь теплоотдачи ¿ля "5 различии* хидг )стей. Такая точность расчета тепдотдач,« является вполне приемлимэй , и области ПК.

Таким получеяа достаточно простая акали, лчосиая за-

висимость (35) с одной эмпирической константой, которая удовлет аоритсльно оп! азаш с-кспериментальные даягыо по теплоотдаче при И о/гначвдгзя&т-. * видхостсй л бинарных ;месей с у;ото;.« влияния «атсриала, верохоаатости поверхности нагреса 1 вирокон диапазоне "заенеяия режимных параметров.

ВЫВОДЫ

1. Создана зкСпс./Шэтгльиаи „зтаясака для исследования оел-тообмека при пу^ыр'-нозоа и ПК кипения быарных смссей в •>сгшиоц )&ъеке.

2. Паучень новый : :аюримснтгльныо даяние по топу ¡отдаче при туаырьковом тг~ш» бинартах лесой алетон-иода ацггтон-этана-1 к яаяо"-вода. Всо сатнае „анныо по теплоотдаче при пузмрькопои сипении находятся п хорош» согласии с расчетный соотношением. юлучтвм на скога- физической модели. [ З'З.

ol ^

'V-î^ril.

к;«-?."

v. '.!,<-и; s- î^tt- fî,o :?;;.- ::

и-г«1 -л: -*

»<-1?; г-г»;-л.-->-<•.

» * J9;

i i »ал i S?B''Î «S^«"'* •> ««"'S i J»J/>,

?:;c. G. (йсй'.чс:ш?1«а данлчх по т.э.июотдачв прм пзрехет.чг.'

Зичгпчнх с!-ес«Г1 и чкстнх яилкосгой "

н faSt* » Дакнкз других .лтепзз; ?. .>ч'-с-. 1.2,С - «ода соп?лчтс1')?энно при Pf3,5; IG'" Д!а; ге.чтзк ягеэтстстзопнэ ira: 10'" е-п-гаксая щ 20 КПа; 7,Ь - азот гол Р = ïi/ï-Iia; 9 ДО - зцоусн osa натстрэикэ дря P--2G; 1С) Kîla; lit- язспропоиад прк ?=£ 12 - фроэн-114 при ^=2-10^ -йа; -13,14°- (?рвон~12 coot СТ2ЧШЭ при r=3'IC3; 7" Xfio; 15 - йр-ион-XI; 1ь -- staiî 17 - метзчзл; 16 - д;;от;мое!;л зфир; - н-пектанг. при Р-102 КПа. £зшдю автора работы ддя смэссА : Ацета '-нала, точки: 20,21,22,23 - соотаетотЕвнао 0^ Ï, GO, ЮС:: ацетона б вола; эта я ад-вола; ?огч 24,25,20 с-этяететреянг Q, 20, ^ этанола в зодэ. Адатсн-ггано. T041CJI: 27,2Ь,2С - соответственно О, 2D, 60^ ацауонй зтзнпле. Вся при р=Ю2ша.

- 2.03. Проведено экспериментальное исследование кризисов кипения бинарнь!/ смесей ацетон-этана ацетон-аода и этанол-вола- Влерз^е îi3Sjei'CHy критические температурные калпры АТар, для исследованных Шикарных смелей, а таксе соответствующие для них критические тел-гювые потоки fy^ в зааис-шозтв! от состава смеси.

I. . озультаты опытоз п<~ A si и Ту^ удовлетворительно описыза-птся рампах гидродинамической модели кризисов кипения жидкостей. Полученное на оснозе зтой модели расчетные соотнозенчя по определении величин &,%ел tfe? "читызавт влияние материала и геометрических характеристик поверхности теплообмена.

5. Впервые проведено экспериментальное исследование теплообмена при ПК бинарных сиесэй ацетон-вода, пцетон-зтанол к эта-нод-вода в условиях свободного дви«ен"я. Глервые обнарувено, что зависимость теплоотдачи с: состава смеси raies., 'етко выраяетый йрксикум при определенном зна енял концентрации х .

8. Теплоотдача при lui бшарных смесей удовлетворительно описи; .гется з раА&гах фиг! ческой модели Ягоза В. В. Полученная к<а основе это!', модели итоговое полузмпиричгскоэ соотнивекие» связывая-це-з плотность теплового потока Ц/, темпе, атурьл-'й напор дТ, удовлетворительно описывает опытные данные по теплоотдаче при ПК бн-нгпкых смесей и однок^кпенентных видкостей нас .-ездей работы и ряда других ¡-сследозгнк.ч. Пс тученкое ссоткоэение является, по-ьиди единственным, которое в'рно отражает влияние давления, материала и ЕЭр^хозатости поверхности кагреза на интенсиз ость теплоотдачи ппи ПК жидкостей.

Оснознь^Грозул; аты работы опубликхшачь1~в"слёцувщих работах: i. Гайдаров И. А, , Диалло А. И. Расчет теплоотдачи ->ри переходное кипении бинзркьгх смесей на ¡«ззерхности нгтреог. //Тез. докл. 4-ой «-сесанзнсй конференции "Физика и технология широкозонг!?. полупроводников". - Махачкала, 19ЭЗг. -С. 33-40.

2. Гайдаров Ш. а. » Диал.,о А. Теплоотдача при переходно,. режиме кипения бинар..ых смесей s условиях свободного -.вияения. //-Теп-л знергетика. 1994 и' Я с.^.8-55.

3. Гайдаров И.А.. Диалло А. К. К расчету ко?фЛициента диффузии би-нарннх сые-ей. //Тез. докл. S-ой Всероссийской конференции по

теплофилическкн свойствам. -Махачкала, 1992, с.142-143.'

Тобилевич К. Ю., Сагень И. И. Предке Н. А. О переходном режиме пузырькового кипения к плекечноху для водо-спкртсЕМХ смесей при паровом обогреве поверхности теплообмена. //Мня. -физчч.жур-нал.-1969. - 16, N i6. -С. 610-616.

ГаРзарое И.А., Вигабиев ЛИ. Теплообмен при кипении пдкостей в ■/слозиях естественной конвекции. - Казань: АН СССР (Казанский научный центр), 1991. - С.60-160.

Гайдаров S. A. К расчету тегпоотдачи при киг.еки») бкнарннх смесей и одюкомпонентных жидкостей в условиях- свободного движения. Григорьев В. А., Клименко 3. В., Павлов D. И.,' Амэткстев Е. В. К теории кризиса пузырькового кипения з болыш объеме. //Теплоэнергетика. - 1978. N Z. с.7-9. .

Ягев 3. Б.. Сгмохкн г.И. Механизм т-пяюбмеиг. при переходам кипении жидкостей. - Теплоэнергетика. 1990. N10, сЛб-20.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА