автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Интенсификация процесса конденсации в двухфазном замкнутом термосифоне

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНА "

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ

УДК 536.423.4

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА КОНДЕНСАЦИИ В ДВУХФАЗНОМ ЗАМКНУТОМ ТЕРМОСИФОНЕ

05.14.05 - Теоретические основы теплотехники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственно техническом университете им. Н.Э.Баумана.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

академик РАН, профессор Леонтьев А.И.

доктор технических наук, профессор Мильман 0.0.

кандидат технических наук, доцент Сасин В.Я.

Научно-производственное объе нение криогенного машинострс

Защита состоится " 8 " июня 1992. г. в аудитории № 234 э в 14 час. 00 мин. на заседании специализированного Совета К.053.15.05 в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Револк ции и ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учрездения, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке МГ'ХУ им.Баумг

Автореферат разослан " В "_мая 1992 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

£

, > Актуальность темы. Теплопередагащие устройства, в которых осуществляется процесс конденсации пара на охлачедаемой твердой поверх-1Шх?ти, в частности двухфазные замкнутые термосифоны, широко используются в различных областях техники. Во многих случаях в этих устройствах реализуется пленочная конденсация пара на гладкостенной поверхности - процесс, обладающий ограниченной интенсивностью теплоотдачи. Существенно повысить интенсивность процесса конденсации и тем самым увеличить эффективность теплопередагащего устройства позволяет применение методов интенсификации.

Перспективным методом интенсификации процесса конденсации является подача пара на охлавдаемуго поверхность в виде системы им-пактных струй. Он тлеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами: технологически прост, обладает многовариантностью конструктивных форм для реализации, подачу пара к участку струйной конденсации мо;кно производить с любой пространственной ориентацией. Система струй пара позволяет создать необходимый профиль распределения теплового потока на теплообменной поверхности. Однако процесс струйной конденсации малоизучен, поэтому требуются всесторонние исследования для его эффективного практического использования.

Цель работы. Проведение экспериментального изучения процесса конденсации при струйном натекании пара на охла,хп,аемую поверхность применительно к двухфазному замкнутому термосифону. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

- исследовать закономерности теплообмена при струйной конденсации: изучить влияние на теплоотдачу геометрических параметров струйной системы, теплофизических свойсте теплоносителя, ре.химных параметров термосифона;

- на основе анализа и сопоставления результатов визуальных наблюдений и экспериментального исследования теплообмена обосновать физическую сущность интенсифицирующего эсТЛекта процесса струйной конденсации и определить границы его применимости;

- разработать приближенную модель процесса струйной конденсации;

- разработать инженерную методику расчета циркуляционного контура движения теплоносителя в двухфазном термосифоне;

- дать рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров струйной системы с учетом гидродинамики потока теплоносителя и эксплуатационных особенностей термосифона;

- разработать конструктивные схемы теплопередающих устройств п которых используется процесс струйной конденсации.

Научная новизна. Исследованы основные закономерности процесс струйной конденсации используемого в двухфазном замкцутом термоси фоне: изучено влияние на теплоотдачу и гидродинамику процесса гео метрических параметров струйной системы и термосифона, теплофизи-ческих свойств теплоносителя (фреонов), режимных параметров тепло передающего устройства. На основании экспериментальных данных пре ложена физическая модель исследуемого процесса, объясняющая возникновение эффекта интенсификации теплоотдачи структурным преобра зованием пленки конденсата. Установлены режимные границы процесса, получены обобщенные зависимости для расчета теплоотдачи при струй ной конденсации.

Автор защищает:

- результаты систематических экспериментальных исследований процесса струйной конденсации в двухфазном термосифоне;

- положения о механизме развития исследуемого явления, струк турном строении пленки конденсата,определяющем возникновение интенсифицирующего эффекта процесса;

- инженерную методику гидродинамического и теплового расчето циркуляционного контура термосифона;

- полученные в результате обобщения и анализа эксперименталь ных данных,приближенную модель процесса струйной конденсации и за висимости для расчета интенсивности теплоотдачи;

- новые конструкции теплопередающих устройств, в которых использован метод струйной конденсации.

Практическая ценность. Полученные закономерности процесса струйной конденсации позволяют найти область эффективной и надежной работы данного метода интенсификации в теплопередающих устройствах с фазовыми переходами, учитывая их конструктивные особен ности и условия эксплуатации. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании нового и модернизации действующего энерготехнологического оборудования.

Реализация. Результаты исследований использованы при разработке теплообменного оборудования для промышленных ферментаторов на Бердском химическом заводе, что подтверждено актом внедрения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладыва лись на Минском международном форуме по тепло- и массообмену ( Минск, 1988 г.), межотраслевой конференции "Разработка и примс-

нение тепловых труб в технике" ( Одесса, 1987 г.), а такие на научно-технических семинарах в МПУ им. Баумана ( 1933 г.) и ВПИИби-отехника ( 1984 г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в трёх печатных работах и двух отчетах о научно-исследовательской работе. По теме диссертации получено пять авторских свидетельств на избретения.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и приложения. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 65 рисунков, список литературы включающий 145 наименований и приложения на 6 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор литературных источников,посвященных изучению процесса теплоотдачи при конденсации в двухфазном термосифоне, а также методам,интенсифицирующим этот процесс. Критический анализ материала позволяет сделать следующие выводы:

- низкая интенсивность теплоотдачи при конденсации в гладко-стенном двухфазном термосифоне в условиях повышенных тепловых потоков приводит к необходимости использования методов,интенсифицирующих процесс;

- методы интенсификации теплоотдачи при конденсации в термосифоне основаны на различных физических способах воздействия на пленку конденсата, изменяющих режим и структуру её течения, осуществленные за счет конструктивной модернизации термосифона, они не всегда достаточно просты, экономичны и удобны в эксплуатации;

- одним из перспективных методов интенсификации теплоотдачи при конденсации является подача конденсирующегося пара, на охлаждаемую поверхность в виде системы импактных струй; метод высокоэффективен, конструктивно многовариантен, технологически легко осуществим в термосифоне и другом теплообменном оборудовании;

- струйная конденсация пара - малоизученное явление: отсутствуют представления о физическом механизме реализации процесса, не исследованы его закономерности, не изучено влияние на тепло- и массообмен геометрических параметров струйной системы, теплофияи-ческих свойств используемого теплоносителя.

В соответствии с проведенным анализом литературы поставлены цель и задачи настоящей работы.

Вторая глава содержит описание экспериментального стенда, установки для визуального исследования, методики проведения экспери-

ментов и анализа погрешностей измерений.

Экспериментальный стенд состоит из вертикального двухфазного термосифона и вспомогательных систем,обеспечивающих нагрев зоны к пения, охлаждение зоны конденсации, измерение параметров исследуе мых процессов. Особенность термосифона - внешний опускной канал для отвода конденсата и организации контура с естественной циркул цией теплоносителя. Струйная система пара образуется с помощью ци линдрической перфорированной вставки, установленной коаксиально о1 носительно теплообменной поверхности. Насыщенный пар поступает из зоны кипения во внутреннюю полость вставки, распределяется по сопловым отверстиям и в виде импактных струй попадает на конденсирующую поверхность. В эксперименте использовано 28 вставок, которые обеспечивают следующие геометрические параметры струйной системы: диаметр отверстий с! = (0,75 - 1,5)мм, расстояние от среза отверстий до теплообменной поверхности = (5,5 - 14)мм, шаг коридорного расположения струй (квадратная ячейка) Б = (9 - 34)мм.

Установка для визуального изучения процесса монтируется на м( то зоны конденсации термосифона, имеет коробчатую форму и состоит из набора пластин и проставок. Струйный распределитель и внешняя ограждающая пластина установки изготовлены из стекла, что позволяет изучать визуально и фотографировать процесс, а также производить измерение структурных образований пленки конденсата (величин; Ко , рис.7).

Исследования в термосифоне проведены при фиксированной температуре насыщения теплоносителя Тн = (30, 40, 50, 60) °С, тепловоз поток в зоне конденсации изменяется в диапазоне (3 - 50) кБт/м**. В качестве теплоносителя использованы фреоны: Ф-П (основной тепле носитель), Ф-12, Ф-21. Температура теплообменной поверхности в зо( конденсации термосифона измеряется с помощью 48 термопар ХК, установленных на внешней стороне теплообменной стенки в 24 сечениях пс высоте с неравномерным шагом. Тн теплоносителя в трех сечениях термосифона определяется термопарньтми зондами. Измерение перепада давления пара на перфорированной вставке осуществляется манометрическим датчиком типа ДМИ. В ходе исследований определяется также мощность нагрева и температура стенки в зоне кипения, расход и тел пература охлакдающей воды, расход конденсата в опускном канале.

Исследования процесса струйной конденсации в термосифоне проведены по схеме многофакторного эксперимента. В ходе эксперимента изменяется значение передаваемой тепловой мощности в диапазоне

(0,1 - 4,0) кВт с шагом 0,3 кВт при условии Тн - сопз* , которое осуществляется за счет регулирования расхода охлаждающей воды в зоне конденсации. Измерение изучаемых параметров производится в стационарном тепловом режиме.

Тепловой поток ^ , отводимый в зоне конденсации,измеряется двумя способами: калориметрическим - по количеству тепла отводимого водой и по расходу конденсата протекающего в опускном канале.

Интенсивность теплоотдачи в зоне конденсации определяется по зависимости _

= я_ , (I)

Тн - Тст

где Тст - среднеарифметическое значение температуры теплообменной стенки.

Максимальная погрешность измерений определяемых величин составила: плотность теплового потока б'9 = ±6 % > коэффициент теплоотдачи 6-« = ± 10 % .

В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования процесса струйной конденсации. Учитывая малоизученность явления, исследования проведены поэтапно: визуальные наблюдения, изучение теплоотдачи в зоне конденсации и гидродинамики течения теплоносителя в циркуляционном контуре термосифона.

В ходе визуальных исследований установлено, что структура течения пленки конденсата меняется в зависимости от величины динамического воздействия на неё струй пара. При малых расхода пара это воздействие незначительно, образуется пленка с ламинарным режимом течения и с характерными подковообразными утолщениями на поверхности, расположенными в коридорном порядке как и струи пара. Увеличение расхода пара при и0 ^ 1м/с приводит к структурной перестройке течения пленки - появлению на теплообменной поверхности в местах удара струй зон с радиальным течением конденсата (радиальных зон). Этот режим течения называем комбинированным, поскольку предполагаем наличие участков пленки как с ламинарным, так и с турбулентным течением. Локальный температурный напор пар-стенка в радиальных зонах пленки оказался на (30 - 40)% меньше, чем на остальных участках, что объясняется малой толщиной пленки конденсата и свидетельствует о существовании в радиальных зонах интенсивной теплоотдачи.

Исследование двухфазного термосифона проводилось вслед за визуальными наблюдениями процесса струйной конденсации. Оно показало, что увеличение расхода пара подаваемого в зону конденсации, а сле-

довательно и увеличение С| , приводит по достижению некоторого критического значения С)Кр к интенсификации теплоотдачи, при эти начало возникновения и степень интенсификации зависят от геометрических параметров струйной системы и термосифона, теплофизичес-ких свойств теплоносителя (рис. I). Сопоставление полученных данных с результатами исследований на визуализационной установке показало, что участок зависимости 6( — С| , на котором происходит снижение интенсивности теплоотдачи соответствует ламинарно-волно-вому режиму течения пленки конденсата, а эффект интенсификации возникает в результате структурной перестройки пленки к появлени? комбинированного режима её течения.

Основным определяющим параметром процесса,характеризующим степень динамического воздействия пара на пленку коцценсата,является скорость истечения пара из отверстий й0 или струйное чио) Рейнольдса Де = и0с1/у". Определяющими процесс параметрами являю! ся также геометрические размеры струйной системы,представленные I работе в виде безразмерных комплексов и теп-

лофизические свойства теплоносителя (Рг, Г, У ,9) •

Влияние Тн на интенсивность процесса теплоотдачи проявляете также через и0 » поскольку а значение в значи-

тельно большей степени зависит от Тн по сравнению с другими тепле физическими параметрами.

Установлено, что максимальная интенсивность теплоотдачи наблюдается при Ь/6 ^ 8 и ^ 7-10"^ (рис. 2; 3), при этом необходимо отметить, что уменьшение значения $ приводит к увеличь нию температурной неравномерности теплообменной поверхности из-з£ более редкого расположения струй.

Изменение угла наклона импактньк струй пара при взаимодейст! их с теплообменной поверхностью (как вверх, так и вниз относителЕ но нормали) приводит к вырождению эффекта интенсификации. Предложена поправка, учитывающая влияние угла наклона струи на интенеш ность теплоотдачи

где У = (0 - 0,75) рад - угол наклона оси струи пара относительно нормали, диапазон изменения (} = (20 - 50) кЕт/м^.

В результате обобщения экспериментальных данных по теплоотдг че для процесса струйной конденсации определены критические числа подобия,характеризующие начало возникновения интенсифицированного режима конденсации 6

cx-icf3, Вт/(м2К)

3,5 3,0 2,5 2,0

1,5 1,0

I-IO4

4 5

Cj , Бт/м<

Рис. I. Зависимость сч — q при конденсации в термосифоне со струйным натеканием пара

▼ - f = 0,00071; • - f = 0,00189;

+ - 7 = 0,00968.

о - f = 0,00545;

Nu 0,8 0,7 0,6

0,5 0,<(

0,3

О— λ о X» э

1 > 0О

• • - • --• Г (J <1 с

•• < 0

Nu

0,6 0,55

0,5 0,« ОМ

U 6 8

3 i/ 6 8

7 а 9 10 12 ^

h/d

Рис.2. Влияние относительной открытой поверхности на интенсивность теплоотдачи

• - q = 20 кВт/м2 ;

< О

э - q = 30 кВт/м^ ; О - q = 40 кВт/гл2 ; Ф-II;d = 1,0мм; Тн = 40°С.

Рис.3. Влияние параметра h/d на интенсивность теплоотдачи

<4 - £ = 0,00307, S - 16 мм; • - f = 0,00568, S - 12 мм; 7 = 0,0123 , S = 9 мм;

Ф-II; q = 40 кВт/м'

2

А

Ы"и'кр= ^ОТ.О^гГ-'^/а) , (3,

Используя эти уравнения, экспериментальные данные по теплоотдаче при струйной конденсации, когда (\е > , N и > N и кр (рис. 4) обобщены зависимостью

ЫиУЙикР = (Ке/Яекр) °'5 , (5)

которая с учетом (3) и (4) имеет вид

Я1Г =5 ш^^^'ЛГ*'>/») (6)

В докритическом режиме теплоотдача при струйной конденсации удовлетворительно описывается известным уравнением Нуссельта для конденсации слабодвижущегося пара с учетом поправки на волнообразование пленки.

Эффективность процесса струйной конденсации определена при сравнении его с конденсацией в гладкостенном термосифоне. В диапа зоне Вбпл = (100 - 200) интенсивность теплоотдачи в зоне конденсации у термосифона со струйной подачей пара в 3 - 4 раза выше, чем у гладкостенного термосифона (рис. 5). Равномерное распределе ние пара по теплообменной поверхности благодаря перфорированной вставке повышает интенсивность теплоотдачи и при ламинарном режиме течения пленки, когда ИеПл< 70.

Исследование гидродинамики течения теплоносителя в термосифо со струйной зоной конденсации показало:

- величина мощности,расходуемой на прокачку пара через перфо рированную вставку для создания системы струй по всем диапазоне изменения расхода пара,пренебрежимо мала по сравнению с мощностью теплопередачи (менее 1%);

- максимальная гидродинамическая неравномерность распределения пара по отверстиям для вставок с исследуемыми геометрическими параметрами, определяемая по зависимости

составляет ^гглах ^ 1>05 ",

— % N11

1,6 1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

Ке

1,0 1,2 1,4 1,6 2,0 2,4

Рис. 4. Обобщенная экспериментальная зависимость процесса.

теплоотдачи при струйной конденсации (интенсифицированный режим).

Йй* 0,8 0,7 0,6 0,5

ОА

0.3

0,2

2 3 Ч 5 6 7 8 ПО2 2 кепд

Рис. 5. Сравнение интенсивности теплоотдачи при конденсации в двухфазном термосифоне со струйной подачей пара и в гладкостенном термосифоне.

Гладкостенннй термосифон: (} - с организованной циркуляцией теплоносителя, д - без организованной циркуляции, • - данные работы Безродного.

- перепад давления,создаваемый вставкой с | > 1,8-10 при 9 = (20 - 50) кВт/м2 (рис. 6), не_ оказывает влияние на работо-^

способность термосифона, снижение £ < 7-10 при с} > 40 кВт/м' приводит к возникновению сверхпредельного др0тв » при котором понижается уровень кипящего теплоносителя в зоне кипения и возмоа но опрокидывание циркуляции теплоносителя;

- предельный допустимый тепловой поток в зоне конденсации щ условии, что уровень кипящего теплоносителя находится в диапазоне

Ни(1 ± 0,15), определяется по формуле

дпр =0,55|г[(Ны 9см?"я)/е0г6] 0,5 . (8]

Предложенная в работе методика термогидродинамического расче та двухфазного термосифона основана на решении системы уравнений движения , неразрывности, сохранения массы и теплового баланса дх замкнутого контура с естественной циркуляцией теплоносителя. Конт условно разделен на участки с однородными гидродинамическими услс виями течения теплоносителя, для которых определены параметры ги,е ропотерь и паросодержания. Методика позволяет определить взаимосвязь конструктивных (геометрические размеры струйной системы, зо конденсации и кипения) и эксплуатационных (мощность теплопередачи количество заправляемого теплоносителя) параметров обеспечивающих эффективную работу термосифона.

На основе проведенных исследований предложены рекомендации п выбору оптимальных геометрических параметров струйной системы,учи тывающие технологические возможности изготовления теплопередащег устройства.

Четвертая глава посвящена описанию полуэмпирической приближе ной модели струйной конденсации. В основу модели легли представле ния о структурном строении пленки конденсата полученные из визуал ных наблюдений. Рассмотрен процесс конденсации на плоской вертикальной поверхности при нормальном натекании на нее системы осеси метричннх струй пара, расположенных в коридорном порядке. Режим течения пленки комбинированный.

Пленка конденсата образована из одинаковых элементов площадь й2 , состоящих из участков трех видов, обладающих взаимозависимыми границами (рис. 7). Зона I - область с радиальным течением пара и конденсата. Верхняя граница зоны АСВ возникает в результат взаимодействия радиального пристенного потока пара зоны I и грави тационно стекающей сверху пленки конденсата зоны П. Нижняя границ

¿Ротв, ПА

«00

100

(0

6 8 МО4 2 3 4 5 с[, Вт/мг

Рис. 6. Зависимость перепада давления на перфорированной вставке лРотв от тепловой нагрузки в зоне конденсации термосифона

и от параметра £ . - - расчетные зависимости.

Теплоноситель Ф - II.

Б-Б

Рис. 7. Схема процесса конденсации при струйном натекании пара на охлаждаемую вертикальную поверхность. Приближенная модель процесса.

АРВ прямолинейна и расположена в области столкновения двух пристенных струй пара, где происходит торможение радиальной пленки и трансформация её в гравитационно стекающую. Зона Ш - транспортный участок, в который поступает конденсат из зон I и П. Условно выде ляем в зоне I участок разворота импактной струи I) и зону пристен ной струи пара .

Интенсивность теплоотдачи при струйной конденсации определяется по зависимости

сх

= , (9)

где сх[ - площадь и средний коэффициент теплоотдачи участков элемента 8г .

Площадь зон однозначно определяется, если известна аналитиче кая зависимость Ф(X) линии раздела АСВ

(Ю)

Хгр

Р1г=[хгр5 + 2\ф(х)ах]-р11 , (И)

рш=$2-гхТР8 . (13)

Функцию Ф (х) находим из баланса сил,действующих на элементарную площадку с)т линии раздела, при этом пренебрегаем силами трения между взаимодействующими потоками и теплообменной стенкой и между собой,а также капиллярными силами на границах зон

И/г]

^ = {а-(*г-уг)ЗА[А(5/2-и)

(14

-А- 8 4^-14- •

ЦТ сГ V К

При определении тепломассообменных и геометрических характеристик зон сделан ряд допущений:

- в зоне конденсацией пара пренебрегаем и для расчета параметров зоны разворота используем зависимости, полученные для газовой импактной струи,нормально натекающей на плоскость;

- на участке осуществляется ламинарная конденсация быстро-движущегося пара (допущение принято после анализа условий течения

пристенных потоков), при ее расчете применен известный подход как к задаче теории пограничного слоя с сильным разрывом;

- пренебрегаем влиянием пристенной струи пара на течение гравитационно стекающей пленки в зоне 0.

Расчет параметров струйной конденсации для двенадцати вариантов струйной системы реализован на ЭБМ. Из сравнения опытные и расчетных данных можно сделать вывод об удовлетворительном их соответствии, что подтверждает гипотезу об основополагающем вкладе в теплоотдачу участков с радиальным течением конденсата. Величина эмпирического коэффициента К , входящего в уравнение (14), определяется из условия равенства значений , полученные опытным и расчетным путем. Наибольшее приближение модели к реальному процессу наблюдается в начале интенсифицированного режима конденсации ( К ~ I) при q = (20 - 30) кВт/м^, когда в меньшей степени проявлена вихревая структура потоков пара и конденсата.

В пятой главе дано описание теплообменные устройств, в которых использован принцип струйной подачи пара при конденсации.

Результаты исследований термосифона со струйной зоной конденсации реализованы при разработке теплообмечного устройства для охлаждения ферментатора объемом 63 м3 в микробиологическом производстве. Зона конденсации со струйной подачей пара, установленная вместо ранее используемого кожухотрубного конденсатора серийного изготовления И-30 имеет в 1,5 раза меньшую металлоемкость.

Рассмотрены конструктивные схемы эффективных теплообменников для охлаждения электронных систем, подогрева жидких п агрессивных сред, конденсации пара.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Исследованы основные физические закономерности процесса конденсации при струйной подаче пара на охлаждаемую вертикальную поверхность в двухфазном термосифоне с фреоновыми теплоносителями в диапазоне параметров: тепловой поток в зоне конденсации С] = (3 - 50) кВт/м", температура насыщения теплоносителя Тн = (30 -- 60)°С, диаметр отверстий струйной системы с) = (0,75 - 1,5)мм, расстояние от среза отверстий до теплообменной поверхности = (5,5 - 14)мм, шаг коридорного расположения струй й = (9 - 34)мм;

а) установлено, что в исследуемом диапазоне тепловых потоков процесс струйной конденсации имеет два режима: первый соответствует конденсации слабодвижущегося пара с ламинарно-волновым течением пленки конденсата, второй - интенсифицированный, характеризуется

комбинированным режимом течения пленки;

б) возникновение эффекта интенсификации теплоотдачи при стрз ной конденсации связано со структурным преобразованием пленки коь денсата, когда при uQ I м/с ( q ^ 10 кВт/м^) ламинарно-волновс течение пленки перестраивается в сложную структуру течения, осное которой составляют участки с радиальным движением конденсата, об; дающие малым термическим сопротивлением;

в) факторами,определяющими степень интенсивности теплоотдачу являются: величина динамического воздействия струй пара на пленку конденсата, которая характеризуется скоростью истечения пара из отверстий струйной системы (основной фактор), геометрические пара метры струйной системы и теплофизические свойства теплоносителя.

2. Использование принципа струйной подачи пара на охлаждаем^ поверхность в зоне конденсации двухфазного термосифона для теплоносителей Ф-П, Ф-12, Ф-21 при q = (20 - 50) кВт/м*" позволяет ин тенсифицировать теплоотдачу в (2-4) раза по сравнению с гладко-стенным термосифоном.

3. Предложены зависимости для определения критических параме ров процесса Ыик,р , характеризующих начало структурной пе рестройки пленки конденсата и возникновение интенсифицированного режима теплоотдачи.

4. Получена обобщающая критериальная зависимость для расчета интенсивности теплоотдачи при струйной конденсации для f\e >Re«p

5. На основании анализа экспериментальных данных предложена полуэмпирическая приближенная модель процесса струйной конденсаци для условий интенсифицированного режима, позволившая получить кол чественные параметры явления.

6. Разработана методика гидродинамического и теплового расче тов циркуляционного контура движения теплоносителя в двухфазном термосифоне со струйной зоной конденсации и рекомендации по выбор оптимальных геометрических параметров струйной системы.

7. Результаты исследований использованы при разработке тепло обменного устройства доя охлаждения ферментатора в микробиологическом производстве.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следую публикациях:

I. Александров B.C., Корнеев А.Д. Теплоотдача при конденсации со струйным натеканием пара на охлаждаемую поверхность // Тепломассообмен - ММ$: Тез.док. Минского междунар. форума, Минск,

24 - 27 мая 1988 г., секц. 4: Теплообмен в двухфазппх скотомах. - Минск, 1988. - С. 9 - II.

2. Александров B.C. Экспериментальное исследование процесса конденсации со струйной подачей пара в двухфазно:: ?'.;."гс" "'-но. -M., 1990. - 37 с. - Деп. в ВИНИТИ 01.08.90, 4369 - Ь90.

3. Александров B.C., Агафонов К.И. Полуэшшрическап коделъ процесса конденсации при струйной подаче пара на охла-./пег.^п вертикальную поверхность. - П., 1990. - 30 с. - Деп. л ВИНИТИ 01.08.90, К» 4390 - В90.

4. A.c. 951060 СССР, ШШ F 28 DI5/00. Тсрпогравптанлсинап тепловая труба /В.С.Карасёв, А.Д.Корнеев, А.И.Леонтьев, E.H.Пирогов,В.С.Александров (СССР). - 3 е.: ил. //Открытия. Изобретения. - 1982. - й 30.

5. A.c. 1280296 СССР, 1ЖИ F 28 D9/00. Газоаидкостной теплообменник /Б.Ф.Слепов, В.С.Карассв, В.С.Александров, А.Д.Корнеев, В.С.Подносова B.C. (СССР). - 3 е.: ил. //Открытия. Изобретения. - 1986. - № 48.

6. A.c. 1288482 СССР, МИ F 28 D15/02. Регулируемая тепловая труба /В.С.Александров, В.С.Карасёв, А.Д.Корнеев, В.С.Подносова (СССР). - 3 е.: ил. //Открытия. Изобретения. - 1987.

- 1Й5.

7. A.c. 1335797 СССР, Ш1 F 28 DI5/02. Теплообменный аппарат для охлакдения агрессивных сред /Н.Е.Мартьянов, А.Д.Корнеев, В.С.Карасёв, E.H.Пирогов, Б.Ф.Слепов, В.С.Александров (СССР).

- 4 е.: ил. //Открытия. Изобретения. - 1987. - Кз 33.

8. A.c. 1366927 СССР, МКИ G 01 N 25/08. Стенд для иеледования теплообмена при струйном истечении пара на охлаждаемую поверхность /Б.Ф.Слепов, В.С.Александров, В.С.Карасёв, А.Д.Корнеев, E.H.Пирогов (СССР). - 5 е.: пл. //Открытия. Изобретения.

- 1988. - Ü2 2.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

cj - ускорение свободного падения, м/с2 ; H - высота зоны конденсации, м; L - длина распределительной вставки, м ; в -уровень теплоносителя, м ; R - радиус канала распределитель-

ной вставки, м; Я* - радиус зоны разворота струи, и; Я0 , X Гр - геометрические параметры радиальной зоны, и ; г скрытая теплота парообразования, Дк/кг; X , у - координаты, м ; 5" - толщина пленки конденсата, м; ^ - коэффициент гидропотерь; - динамическая вязкость, Па«с; V - кинематическая вязкость, ыг/с; о - плотность, кг/мэ : Г - относительная открытая поверхность; ни - модифицированное число

Нуссельта; Яепл = ~рг|г ~ пленочное число Рейнольдса; Рг число Прандтлп.

ИНДЕКСЫ

гр - граничный; и - зона кипения; кр - критический; гпах максимальный; о - начальное значение параметра; отв - отверстие; пр - предельный; си - смесь; (~) - усреднение по площади; ( ' ) -жидкость; ( " ) - пар.

Автор выражает благодарность д.т.н. Корнееву А.Д. за научное консультирование и помощь в проведении исследований.