автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Экспериментальное исследование теплообмена при кипении на матричной теплообменной поверхности из перфорированных пластин

РГ6 од

^МОСКСШШЙ. ОРДЕНА ЛЕШНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОР^Ен!'ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕШ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕН! Н.Э.БАУМАНА

Ив правах рукописи

ЛЫСЫЙ Олег Анатольевич

•ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛВДОВАЖЕ ТЕПЛООБМЕНА

ПРИ КИПЕНИИ НА МАТРИЧНОЙ ТШООЕМЕКНСЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗ ПЕРбОРИРОВАНШХ ШДСЛЦ

05.04.03 - Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском -ордена Ленина, ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Е И.Микулин

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Ю.А.Шевич

Официальные оппоненты :

доктор технических нпук

О.К. Красникова

кяндидат 'I хничсски* наук Н.Д.Дигв

Ведущая организация - НПО "Криогенмаш"

Защита состоится "_т" нпяЛря 1993 г. на заседании

Специализированного Совета К.053.15.07 в МГГУ им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

общая характеристика работы

Актуальность темы. Развитие криогенной, холодильной и других отраслей техники и технологии характеризуется непрерывным увеличением энергонапряженности элементов энергетически установок. Тепло- и массообмон лежат в основе многих технологических процессов. Интенсификация теплообмена в аппаратах „ реализующих кипение теплоносителя, является важной научно-технической задачей, так как до 20....30 % энергетических затрат в криогенных я холодильных установках я до 40? их массы приходится на испарители.

Одам из перспективных и аффективных способов интенсификации кипения является использование различных модификаций теплообменных поверхностей. Нарзду с традиционно используо- . мымг гладкотрубнымд аппаратами широкое распространение получили пластинчатые, пластшшто-ребрлстыа„ а также йспари-тели с различными типами насадок „ турбулизирущими вставками, пористыми заполнителями, позволяпщпли значительно интенсифицировать теплоообмен при кипении» Использование таких аппаратов позволяет значительно интенсифицировать процессы пр-• рообразовання, а следовательно,н уменьшать обьем и массу как самого испарителя, так и всей установки в целом.

Аппзраты матричного типа относятся я классу высокоэффективных теплообменников с развитой поверхностью и высокой компактностью. Аппараты с матричной поверхностьа наши широкое применение для конвективного теплообмена как газов, так л жидкостей. Однако отсутствует информация по теплообмену при кипе-9 нии на матричной поверхности. Массо-габаритные показатели показывают значительное превосходство матричных аппаратов по сравнению с другими. Использование их в технологических установках позволяет снижать обьем и массу как самого испарителя, пли теплообменника, так и всей установки в целом.

При проектировании различных установок необходимо производить тепловые и гидравлические расчеты входящих в них аппаратов я устройств. А для этого необходимо иметь информацию о

механизме и интенсивности теплообмена пря парообразовании на ¡матричной поверхности, а также по гидросопротивлениям при те-.нении одно- и двухфазного потоков. Отсутствие данной информации затрудняет использование матричных аппаратов в качестве испарителе!» Все это определило цель в задачи настоящей работы.

Цель и задачи работы. В работе решаются следующие задачи:

- разработка методики вксперимзнтального исследования процессов кипения на матричной тешшобменной поверхности;

- установить влияние на интенсивность теплообмена при кипении следу шах параметров : плотности теплового потока & , массовой скорости потока ш , паросодерхания * , сте-эни недог-рева дТиг до температуры насыщения Т4 ;

- разработка расчетных соотношений для расчета интенсивности теплообмена в различных режимах кипения : частичного, поверхностного, пузырькового, конвективного ;

- оценка значений плотности теплового потока, при которых на поверхности начинает проявляться кризисные явления ;

- оценка гидродинамики двухфазного потока при течении в каналах матричного типа;

- анализ конструктивных, геометрических характеристик аппаратов матричного типа с целью выработки рекомендаций по организации поверхности ( выбору геометрических параметров } для высокоэффективных испарителей;

- Цель работы - разработка инженерной методики расчета интенсивности теплообмена и выработка рекомендаций по конструированию испарительных »леиантов о матричной поверхностью теплообмена для анергетических установок.

Методы исследования. В процессе работы были разработаны оригинальная методика экспериментального исследования, изготов-' лены модели матричных аппаратов, а также стенд в лаборатории кафедры Э-4 "Криогенная техника и кондиционирование" МГТУ им. Н.Э.Баумана с использованием современной регистрирующей и измерительной аппаратуры. Обработка результатов производилась с использованием методов математической статистики.

Достоверность паи чанных результатов в работе подтверждается использованием современных методов экспериментального наследования и средств измеренияс применением методов математической статистики при обобщении результатов. Повторяемость результатов удовлетворительная. Величина погрешности измерения на превышает 33,0 %, что соответствует данным других авторов при исследований нестационарных двухфазных потоков.

Научная новизна . В работе впервые получены аксперименталь-нне данные по кипению на матричной теплообменной поверхности из перфорированных пластин в условиях большого объема и вынужденной конвекщи. этого была разработана методика экспериментального исследования и обработки результатов эксперимента по кипению в каналах матричного типа,

В работе получены расчетные соотношения позволяющие расчитывать интенсивность теплоос&юна при кипении, а также влияние на нее следующих параметров г плотности теплового потока , массовой скорости т , степени недогрева Лг,паросодеркания X .

Получены расчетные соотношения для расчета интенсивности теплообмена при различных режимах гашения ; частичного, поверхностного, пузырькового , конвективного кипения.

Получены расчетные соотношения, позволяющие расчитать . гздродинамику двухфазного потока в канале матричного типа.

Предлагаются рекомендации по конструированию матричных испарителей, выбору геометрических параметров. Предложена методика расчета матричного испарителя.

Практическая ценность. На ооновании результатов экспери-3 ментального исследования для практического использования предлагаются:

- соотношения , удобные для практического применения в расчетах интенсивности теплообмена при кипения на матричных поверхностях из перфорированных пластин в различных режимах;

- соотношения для учета влияния паросодержания, массовой скорости , величины недогрева на тепловые и гидравлические характеристики теплообмена двухфазного потока, кипящего на матричной поверхности;

- практические рекомендации для учета влияния геометрических параметров матрицы при конструировании аппаратов, обеспечивающих удовлетворительные теплогидравлические характеристики" теплообмена,

Реализация результатов. Результат1! исследований внедрены при проработке новых высокоэффективных типов испарителей, а также при эскизном проектировании технологических аппаратов, реализующих кипение теплоносителя.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались н обсувдались на научных семинарах кафедры "Криогенная техника и кондиционирование" Э-4 МГТУ им. Н.Э.Баумана в ..>91-1993 гг.

Публикации, Основные положения диссертации изложены в печатных работах, список которых прилагается.

Обьем работы, Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литература и содержит 141 страницу машинописного текста, 50 рисунков , 7 таблиц, список литература из 53 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обоснована актуальность рассматриваемой проблемы и приведено краткое содержание работы.

В первой главе проведен анализ работ по теплообмену при кипении в условиях вынужденного течения в каналах различных типов. Представлена физическая модель парообразования в условиях вынужденной конвекции, а также механизм теплопередачи от поверхности теплообмена к испаряющемуся микросдою жидкости. Изложены основные методы расчета гидравлических параметров двухфазного потока в каналах различных типов.

Проведен анализ методов расчета интенсивности теплообмена при кипении в гладких каналах. Показано, что все известные метода можно сгруппировать следующим образом:

- методы, основанные на принципе суперпозиции независимых механизмов теплообмена;

- методы с использованием поправочных коэффициентов , учитывающих интенсификацию теплообмена, по сравнении с вынужденной конвекцией жидкости;

- методы, основанные на предположении однородной структу-

' ры двухфазного потока.

Представлены основные соотношения для каждого из методов. Среди методов.входящих в первую группу, наиболее полно разра-. ботанн методы расчета , предложенные С.С.Кутателадзе, Ченом, Розеноу. В них вклад конвективной составляющей расчитывается по известному соотношению Диттуса-Белтера, а вклад за счет кипения теплоносителя - по известным соотношениям Форстера-Зуб-бера, Купера или Кутателадзе. Полученные составляющие затек • суммируются определенным образом. Показано, что данные методы расчета наиболее эффективны в области перехода от однофазной конвекции к развитому пузырьковому кипению, т.е. в области, где вййад обоих независимых механизмов теплообмена соизмерим.

Среди методов второй группы представлены методы расчета, предложенные В.М.Боришанским, А.М.Кутеповнм, Л.С.Стерманом, ' Н.Г. Стюшиннм, а также Денглером-Адцамсом, Майингером» Бенне-том.Во всех представленных методах расчета соотношение интенсивности теплообмена при двухфазной и однофазной конвекции выражено о помощью комплексов, учитывающих изменение свойств потока „ ускорение потока в результате испарения» а также повышение интенсивности теплообмена за счет изменения; агрегатного состояния вещества. В эти комплексы входят известные параметры Локкарта-Мартинелли, Чизхолма, модифицированное число кипения, которые являются' термодинамическими характеристиками двухфазного потока. Эти методы наиболее предпочтительны при конвектив-методов третьей группы лежит предположение однородности потока парожидкостной смеси. Это достигается при высоких паросодержаниях» а также за счет применения различных турбули-' зируюивх вставок, способствующих раздроблению крупных паровых образований и хорошему перемешивании потока.

В слудуэдем разделе первой главы проведен анализ факторов интенсификации теплообмена в каналах сложной формы, среди которых можно выделить следующие: увеличение числа активных центров парообразования, создание стесненных условий роста паровых пузырьков, что вызывает его сплющивание, утонение жидкостного микрослоя под ним, снижение его термического сопротивления и увеличение площади испаряющейся поверхности, турбулизацкя потока за счет специальных вставок, размещаемых в каналах, или примено-

¡юкие каналов со сложной, меняющийся формой сечения, повышение компактности теплообменной поверхности за счет оребрения. Здесь ми проведен анализ работ, в.которых исследовалось влияние стеснённых условий на интенсивность парообразования. Интенсификация теплообмена, в ото;.! случае .достигается путем затруднения эвакуации пузырька от теплообменной поверхност>. При этом пузырек сплющивается, испаряющийся микрослой жидкости под ним утончается , снижается его термическое сопротивление, а следовательно, и возрастает количество теплоты, передаваемое через этот микрослой .

Среди работ по теплообмену п каналах сложной формы приведены данные по следующим видам поверхностей: пластинчатые ( из пластин с гофрами), пластинчатр-рсбристее, поверхности с псч.истыми покрытиями, а также капали с пористыми заполнителями и др.

Далее приведены данные по кризису теплообмена при кипении в каналах сложной формы.

В заключение первой главы представлены особенности матричной теплообменной поверхности из перфорированных пластин. Матричная теплообменная поверхность образуется при чередовании высокотеплопроводных элементов- перфорированных пластин и низкотеплопроводных дистанционных прокладок. Форма и размеры каналов,определяются окнами,выполненными в прокладках. Теплопередающпе элементы и дистанционные прокладки, собранные в монолитный блок путем склеи-_ вания, сварки или пайки, образуют многоканальную структуру с развитой поверхностью теплообмена. Теплообмениващиеся потоки проходят по смежным герметичным между собой каналам. А тепловой поток' между каналами передается за счет теплопроводности перфорировандах пластин.

Основ м ы преимуществом матричшга аппаратов является высокая компактность поверхности, которая может достигать 6000 м^/м^, что-характерно кроме них только пластинчато-ребристым аппаратам.

По пористости матричная насадка близка к пористым заполнителям и каналам с пористыми высокотеплопроводными заполнителями.

Существенным достоинством матричных аппаратов является ани- ' зотропия поверхности, заключающаяся в низкой продольной (в направлении течения теплоносителя) и в высокой поперечной ( в направле-

кии передачи теплоты) теплопроводности.

Еще одной особенностью матричных аппаратов является расположение поперек канала турбулиэирующих элементов - перфорированных пластин.

Анализ особенностей высокоэффективных испарителей и сопоставление их с особенностями матричного теплообменного аппарата позволяет выделить следующие факторы,способствующие высокой интенсивности кипения в последних :

- при выборе оптимального расстояния между перфорированными пластинами реализуются стесненные условия парообразования;

- при натекании потока на перфорированную пластину под действием сил инерции происходит сепарация фаз и обеспечивается смачивание теплоотдающей поверхности жидкостью вплоть до самых высоких пяросодержнпиЯ;

- возможность совместного сосуществования по длине робра двух различных механизмов кипения - пленочного и пузырькового, причем

благодаря теплопроводности перфорирован!^ пластин, осуществляется п^роток тепла в зош с более интенсивтм - пужлрьковым кипение»;

- высокая степей' оребрения теплопередавдсй поверхности позволяет передать черна основание ребра тепловые потоки значн ¿льно превматецие критичес ■ • значение для гладкой поверхности.

Для реализации ^стявлентгх задач и цели исследования были разработаны и ияготов.'1"Нг два типа моделей матричных испгрителей и'экспериментальный ст< :|,4| подробное описание которых приведено во второй главе.

Модели первого типа 1.57-1 состояли из медных перфорированных пласт, 1н и паронитоштх дистйншюшпог прокладок. Модель выполнена однокэнальноЯ, а обогрев осуществляется от Енешних источников инфракрасного излучения, нагревающих торце!Зые поверхности перфорированных пластин. Далее тепло передается внутрь канала за счет теплопроводности пластин. Предусмотрена возможность визуального наблюдения структуры потока.

В моделях второго типа матрица выполнена цельнометаллической из антикоррозионной стали путем изгиба перфорированной лен^м. Матрица располагалась в разборном текстолитовом кожухе, а ее обогрев осуществлялся при непосредственном протекании по ней электрического тока.

'.■тооленнме модели позволяет исследовать кипение в каналах мятного типа в условиях вынужденного течения, а модели второго ти-МТ-2 - еще и в условиях погружения в большой объем.

Геометрические параметры исследованных моделей лежят в следу-

лцих диапазонах: диаметр перфорации - 1,6____2,0 мм, шаг пер^ор&чии

- 2,5 мм, толщина пластин - 0,2____1,0 мм, зазор медду пластинами -

0,71....1,03 мм, компактность поверхности - 972,5.___X5I2- м^/м^, пористость - 0,73....0,92, оквивалентннй диаметр - 2,0....3,8 мм.

При кипении в большом объеме'модель погружалась в термостат, постоянная температура в котором подчеркивалась с помощью погружных нагревателей. При кипении в условиях вынужденного течения экспериментальный контур включал следующие аппараты: ротамс р, водо-подогреватель,предварительный испаритель, исследуемая модель, сепаратор. Кипящая жидкость нп входе в исследуемую модель может быть в состоянии насыщения или быть недогротой, а также иметь пароеодержа-ния 0...8 %. Были проведены тарировочные пкеперименты по определению величин» тепловых потерь в экспериментальном контуре. При температуре потока близкой к температуре насыщения величина потерь не пре-вмиает €> %. '

Далее во второй главе представлены методы измерения параметров потока: температуры,' давления, массовой скорости, а токжо опреде-. ления паросодержания. Для определения температур используются медь-константановые термопары, спаи которых располагались в узловых точках : на входе и выходе из предварительного-испарителя, н также на входе и выходе их моделей матричного испарителя. Для намерения температуры поверхности также использовались%медь-константановые термопары, спаи которых устанавливались и я перфорированных пластинах. Причем таких пластин изготавливалось не менее- трех и располагались они в различных сечениях матрит?! по ходу потока.

Паросодержание на входе в'модель определялось по тепловому балансу предварительного испарителя, а hei выходе из модели - по тепловому балансу самой модели.

Величина подводимого теплового потока в моделях MT-I определялась но рарности температур в стекке модели со стороны нагревателей и со стороны кипящего потока. В моделях МТ-2 - по мощности тепловыделения при непосредственном протекании олектриче.ского тока • через цельнометаллическую матрицу.

В заключение второй главы приведены методики обработки результатов нкслеримента, а также произведена опенка величины погрешностей измерения и расчета величин. Величина погрешности не превышает 33,0 %, что соответствует данним других авторов при исследовании нестационарных двухфазных потоков. •

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования кипения в канале матричного типа из перфорированных пластин как в условиях вынужденного течения, так и при погружении в большой объем. А также представлены обобщающие зависимости, позволяющие с достаточной точностью описать все полученные экспериментальные данные.

Экспериментальные точки по кипению в большом объеме на матричной поверхности ложатся на кривые со степенной зависимостью (рис.1)

оС-Ъ*7 , что характерно для развитого пузырькового кипения и на других типах поверхностей. Однако полученные кривые смещены в область меньших температурных напоров по сравнению с кривыми, описывающими кипение на гладких поверхностях, что свидетельствует о более высокой интенсивности теплообмена на матричных поверхностях. Для описания экспериментальных данных может быть использовано соотношение:

I А * 0,7 Л)

• <*кип= А .

Обобщение результатов эксперимента позволило подучить значение коэффициента А*= 13,44, которое одинаково для всех исследованных моделей и не зависит от геометрических параметров матриц в исследованном диапазоне параметров.

При кипении в условиях вынужденного течения при значениях > 10 кВт/м^ экспериментальные точки ложатся' в ту же область, ^го и точки , полученные при кипении в большом объеме. При значениях

2 кВт/м^ экспериментальные точки ложатся на кривые, описывающие теплообмен при вынужденной конвекции жидкости в канале матричного типа:

¿„ = 0.22Яе:-" Рг/И£ «

Это подтверждает наличие двух независим!« механизмов теплообмен".

пузырькового кипения и вннужненной конвекции, вклад каяадого

из которых в интегральные характеристики процесса учитывается известным уравнением С.С.Кутатсладзе, основанным на принципе суперпозиции(РИС. I):

о^Ус/еЛ ¿Л . (3)

В случае недогрева жидкости до температуры насыщения кривая кипения смещается в область больших температу} мх напоров ( т.е. интенсивность теплообмена снижается ). Полученные экспериментальные данные могут быть описаны с помощью соотношения (I), однако коэффициент А* изменяется в зависимости от величины недогрева. Тек как коэффициент А является функцией не только недогрева, но и давления он может быть представлен в виде:

/4мг ■И'р) (4)

где параметр давления Р(р) принят равным 0,6 в диапазоне давления в модели Р = 0,1....0,5 МПа.

Значения коэффициента Амт определялись экспериментальным путем и могут быть обобщены соотношением (рис. 2) :

4«т= И-адТнг <5>

В данном соотношении значения коэффициентов М , а зависят от режима теплообмена. Экспериментально были установлены следующие режимы теплообмена :

- частичное поверхностное кипение (М «= 7,57 , й = 0,133 );

- развитое поверхностное кипение (М * 22,4 , Й = 2,33 );

- развитое пузырьковое кипение (М = 22,4 , й = 0 ).

Для каздого из режимов характерны определенные особенности парообразования, структуры двухфазного потока, распределения зоны активного парообразования по перфорированным пластинам. Они различаются по интенсивности теплообмена и величине недогреЕп жидкости. Так границей между режимами частичного и развитого повер-. постного кипения является лТ = 6,8 К. А развитое пузырьковое

кипение имеет место, когдп весь поток прогрет до температуры насыщения.

Проведенное экспериментальное исследование подтвердило наличие особой зоны теплообмена - области конвективного кипения, которая сменяет область пузырькового кипения по мере роста паросодержания. Отличительной особенностью данной области является существенное влияние паросодержания потока на интенсивность теп-" лообмена. Рост паросодержания приводит к увеличению скорости двухфазной среды, а следовательно и fc повышению интенсивности конвективного переноса теплоты. Пузырьковый режим течения сменяется перовыми струями, крупными паровыми конгломератами, которые,проходя сквозь матричную структуру,дробятся, что приводит к формированию вспененного режима течения, способствующего лучшему смачиванию поверхности жидкостью.

Проведенное исследование.позволило получить соотношение, в котором влияние паросодержания и свойств паровой и жидкой фаз на интенсивность теплообмена учитывается с помощью параметра Локка-рта-Мартинелли! рис. 3):

¿=7,2 5(*JW (в)

где.параметр Иартинелли определяется как соотношение потерь давления жидкой и паровой фаз :

Представленные выше соотношения (1)-(6) позволили обобщить практически все полученные экспериментальные данные,причем пог-. решность обобщения не ев> иает + 25 %, что лежит в пределах погрешности эксперимент^ .

Необходимо

отметить, о с ростом паросодержания , увеличивается удельный объем пот.жа и его линейная скорость. При этой возрастает гидравлические потери, затрудняется эвякуагия пара через регулярную насадку канала и ыиркулягия жидкости в контуре. Это приводит., к ухудшении) с/ачиванля поверхности, возникновении сухих пятей и снижению интенсивности теплообмена. Били экегпри-

ментально определены величины плотности теплового потока, при которых на поверхности теплообмена начинают проявляться кризисные явления. Полученное значение 300 кВт/м*", достаточно хорошо согласуется с величиной критической плотности теплового потока в щелевых каналах, если в качестве характерного линейного размера использован эквивалентный диаметр канала. Это позволяет рекомендавать соотношение: . •

о.

описывающее кризис кипения в плоских щелевых вертикальных каналах для оценки области возникновения кризисных явлений на. матричной теплообменной поверхности из перфорированных пластин.

В заключение третьей главы представлены данные по экспериментальному исследованию гидросопротивления каналов с матричной насадкой. Визуальные наблюдения структуры потока в моделях МТ показали, что в зависимости от режимных параметров последовательно сменяются различные режимы течения, при этом изменяется структура потока, размеры и форма паровых образований, доля се--чения, занятая паром, жидкостью, двухфазным потоком.

Полученные значения потерь давления при течении парохидкост-ного кипящего потока, были обобщены с помощью известного соотьч>- | шения : *

Др = АРтр+ЛРК^аРН . (9)

в котором полные гидропотери представлены в виде суммы гидро-■ потерь за счет сил трения дРТр » за счет ускорения потока в результате испарения дРуСК, составляющая на преодоление нивелирного напора дРн. Для определения последних составляющих используются известные соотношения, а гидропотери на преодоление сил трения - по соотношению;

лР трялРж-(4+хи+(%?у).- <10)

где гидропотери при течении жидкости в аппарате матричного типа

О - + £

коэффициент ги^роеопротивления матригн:

(к)

а значение коогТфтиента С для турбулентно-турбулентного режима течения парожидкостной смеси равно 20. ,

Как показало сопоставление величин трех составляющих гидропотерь, основной вклад вносят гидропотери за счет трения ( до 95 % ), а гидропотери на преодоление; нивелирного напора не превышают 0,1 %<рис..

Представленные выые соотнгаиения позволяют с достаточной степенью точности рпечитать гидропотери при течении двухфазного потока н канале матричного типа,

В главе 4 проведен анализ влияния геометрических параметров матрицы на интенсивность кипения и гидравлическое сопротивление аппарата, а также проведен анализ слияния различных факторов на устойчивость процесса. Выработали рекомендации по конструированию .аппаратов матричного типа и методика расчета таких аппаратов.

В заключение проведено сопоставление конденсаторов-испарителей матричного типа с известными конструкциями : трубчатым с внутритрубным кипением и пластинчато-ребристым. Сопоставление проводилось по массо-габаритным показателям. В результате било установлено, что при одинаковых тепловых нагрузках и температурных условиях трубчатые аппараты в 10 раз (по объему), а пластинчато-ребристые в 1,4.... 1,0 раза (по объему) превьзааят матричные. В токе время масса аппарата матричного типа в 3,5....4,0 раза . меньше массы аналогичного аппарата трубчатого типа^рцр. Б).

Замена традиционно используемкх трубчатых аппаратов матричными позволяет существенно уменьшить массо-габаритные показатели всей установки в иолом. А учитывал, что стоимость аппарата пропорциональна его массе и ргизмерам, можно предположить значительное удешевление как самого аппарата, так и всей уст'и'овки в ч^.т'.м.

основные вывода И результаты работы.

1. В данной работе впервые получена количественная информация по интенсивности теплообмена при кипении на матричной теп-лообменной поверхности, состоящей из перфорированных пластин.

2. Разработана методика экспериментального исследования теплообмена при кипении в моделях матричных теплообменных аппаратов в условиях большого объема и при вынужденном точении жидкости.

3. Проведено экспериментальное исследование теплообмена в 6 моделях МТ с различными геометрическими параметрами перфорированных пластин и матриц ((£«= 1,6....2,0 мм, t = 2,5 мм, = « 0,2....1,0 мм, = 0,71...Л,03 мм) в широком диапазона режимных параметров ( 17) = 28,9... .104,3 кг/м2-с, <^4 300 кВт/м2, ¿Тнг = 0....34 К, среднее значение паросодержания X = 0....8 %, значение паросодержания на выходе из модели х вых 413 % ).

4. Результаты экспериментального исследования теплообмена в аппарате матричного типа обобщены зависимостями, удобными для практического применения для расчета интенсивности теплообмена.

5. Исследована качественная структура потока кипящей жидкости в канале матричного типа, предложена физическая модель парообразования, проведен анализ факторов, интенсифицирующих теплообмен

( реализация стесненных условий парообразования, турбулизация потока и т.д.).

6. Исследованы гидравлические потери при течении парокид-костного потока в канале матричного типа, предложен метод расчета

гидросолротнвления аппаратов матричного типа.

7. Получены данные по области ухудшения теплообмена. Произведена опенка критической плотности теплового потока п аппаратах матричного типа, которая составила величину ~300 кВт/м^.

8. Проведено расчетное сравнение интенсивности теплообмена при кипении жидкостей в аппаратах с матричной и другими эффективными поверхностями теплообмена. Показаны массо-габаритные преимущества аппаратов матричного типа.,

9. Предложены практические рекомендации для учета влияния геометрических параметров перфорированных пластин и матриц при

п йВт

развитое пузырьковое кипение

2 3 5 ю° 3 5 ю1 аТ,К Кривые кипения насыщенной (1)и недогретой (?.- Т„г=6 К, 3-10 К) жидкости в условиях вынужденного течения (темные точки) и ари погружении в большой обьем (светлые) матричной поверхности.

Рио. I

с(,кВт

8 10 12 14 ¿Тн'гК

Влияние недогрева жидкости на интенсивность теплообмена при различных режимах кипения на матричной поверхности,

Рио. 2

Кривые кипения в области конвективного кипения при различных массовых скоростях (I- т=33^1; 2- 37,3; 3- 51,1; 4- 66,2кг/м"-о):

2,0 1,0 0,5 0,3 0,25

Рио. 3

лР.кПа1 2,С 1.5 I.

0,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 х,%

Полные гидропотери при течении парожидкостного потока в моделях М'Г о маооовой скоростью т= 30,0 кг/м2-° (1} а такжэ составляющие гидропотерь за счет ускорэшш (3) и трения (2).

Рис. 4

Ч

К

Кривые кипения кислорода на различных теплообменннх поверхностях: I - гладкотрубные вертикальные о внут-ритрубным кипением; 2 - пластинчато-ребристые пакеты горизонтального типа; 3 - вертикальные трубки о пористым покрытием поверхности кипения и гладкой поверхностью конденсадш";4 - то же о оребренной поверхностью конденсации; 5- матричная поверхность Рис. 5

Рис. 4

конструировании аппаратов матричного типа, а также разработана методика расчета данного типа аппаратов, при кипении в них теплоносителя.

Основные положения диссертации изложены в следующих печат- 1 ных работах:

1. Микулин Е.И., Шевич Ю.А., Лысый O.A. Теплообмен при кипении жидкости на матричных поверхностях // Известия вузов. Машиностроение.- 1992.- » 7-9.- с. 87-89.

2. Микулин Е.И.,Щевич P.A..Лисий O.A. Исследование теплообмена при кипении на матричных поверхностях из перфорированных пластин // Известия вузов. МашИностроение,- 1992.- Я 10-12.-

С. 67-70.

3. Микулин Е.И..Шевич С.А.«Лысый O.A. Влияние недогрева

на интенсивность теплообмена При кипении иа матричных поверхностях // Известия вузов. Машиностроение,- 1993.- 9 3 .

4. Микулин Е.И..Шевич Ю.А.,Лысый O.A. Теплообмен при кипении на матричных поверхностях из перфорированных пластин// . Вестник МГТУ. Машиностроение.- 1993.- Я» 3 .

17

Подписано в печать 16.09.93.

v 1 ■ .......

Объем 1,0 п.л. Тираж IQ0 экз. Ротапринт ?ЛТУ