автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Исследование теплообмена при нестационарном охлаждении поверхности струей жидкого азота

ДПР

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. Р. БЕРУНИ

На правах рукописи

АХМАДЖАНОВ ШУХРАТ АМИЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ОХЛАЖДЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ СТРУЕЙ ЖИДКОГО АЗОТА

Специальность: 05.17. 08. —Процессы и аппараты

химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ—1994

Работа выполнена на кафедре 204 Московского авиационного института имени С. Орджоникидзе и на кафедре „Машины и р.ппараты химических производств" Ташкентского Государственного технического университета имени" Абу Райхана Беруни.

Научный руководитель: доктор технических наук, про-

Официальные оппоненты: доктор технических наук

в УО часов на заседании Специализированного Совета Д. 067. 07. 22 в Ташкентском Государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по адресу: 700095, Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус, ауд. 602.

С диссертацией можно ознакомиться в Межвузовской фундаментальной библиотеке (Ташкент, ВУЗгородок, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, гл. корпус).

Автореферат разослан „ -10 "___._ 1994 г.

фессор Дрейцер Г. А.

Нуритдинов Ш.

кандидат технических на ук, доцент Рахимов И. В.

Ведущее предприятие: НПО „Узбекхиммаш". Защита состоится

Ученый секретарь Специализированного Совета д. т. н., профессор

АЗИМОВ Р. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ11 Актуальность рзботи. Охлаждение конструкций сплопниж стругая! тидкости представляет собой простой по технической реализации и гффзктквпг?. способ снижения температуры их поверхностей.

При температурах ехлзядаемой поверхности mese JOO'C на последней нзблэдается течение пленки щдкости, обновляемой струей жидкости. Эффективность теплоотдачи при этом примерно на два проядка meo, чем при охлагдетет газовш потоком. С па-чалом кипения в пленке интенсивность теплоотдачи возрастает. При дальнейшем уволиченил температура поверхности пленка ногвт бить рззрупена и струл жидкости взаимодействует непосредствен-' но с сухой горячей поверхность». Теплоотдача при этом умеяьез-етсл, оставаясь все ze большей, чем при воздушном охлааденик..

Охлаждение при покоси струй г.'дмссти используется и ногет пойти дальнейшее применение тородавщж холодильных установках ( рефрегераторах и т.д. ), металлургии ( установки непрерывкой разливки стали, конвертер::, печи), и в ДРУгах случаях при высоган плотностях теплового потека. ■

Репюнке вопроса' о целесообразности применения такого охлаждения для конкретшл услогг.Я работа оборудования,' проекти-рованил и эксплуатации систем охлаждения стругми криогенной гидкости в на с то ¡где о врем,я затруднено из-за недостаточного исследования данного слохного комплексного процесса.

Поль работы. Исследования разялш факторов, вялящих на

эффективность теплообмена при охлаждении поверхности струями криогенной щдкости и получения расчетных зависимостей, пригодных для'проектирования систем охлаждения указанного типа.

Задачи исследования:

1. Исследования процесса звхолсашапия экспериментальных участков,с помоги¡) cn.py:¡ -гидкого азота,в нестационарном реггае.

2. Исслодоваш'.л местной теплоотдачи в режиме пленочного ¡чтения, когда сп/хсная струя зидкого азота натекает на поверхность со скоростью от 1,5 м/с до 40 м/с.

3. Исследования перЕого и второго кризиса кипения от температурного напора.

4. Исследования теплоотдачи в режгае переходного кипения от температурного напора..

5. ;;ссле-овс:л:л всуггм пзу^.сгроь стрг- (е;сз;-ос';ь стр.,;..

струг.) п- гсп^зо'л^чу, г v. криачс

6. •jrcc.-üc-üísa »cxcsa. ;:.r.i-?;;e/(í. схлохдзгмо?. Rv;-.»; liter:: пс ?-.а.-.эигг.ъчу, rops-^:} ltoj-c-s-./ ¡качлу/ кйчвгя ь,:. пэт^:^^;:;: стру- г^з.ого

гост;: ¡y, пс.;сск/ :з *.;<>{:•;;:>• кр::з;:сг

Цг-хьлс Б д-':г,:-~:сí. p¿.WjV! .; :•

с:сь ебгтсп^энйрнг: rçx íksiüei:;; эхспгр.-.чс.-а-.о:•,

3v.~b~2T<!i; cnvrroa.

Научая ccasv«; topr^c icc.-.-síw); toví«: cn?..s.v:;:

с;<>>•;: srjSiwrc csor¿ с сьграгоа cïslîu.';'. in;.: квст5с:т.тгл: -пегераооте.• ïù. ^íiíepitíi;^ ••

rsc,se;;osc.ï:~> tön»ecfó&afcr pas:.'.- wkw г .ti в е? -îcUwjj^vy;:- ус?т:;::л

Ли кзд^гз pescas r:o.'.n¿"á s£*zct£«oc7i, ivo^üu^x;/.. 07 tzps^vrpdo процесс: гос^ря«'.»;:;-.

галг^има* jSBüpscscra,'• теижфи--stv.-cnr., лг-а-.тгл-. 'СГрзл с no£i;p;a:-.:*v.

цзесзсгь: ílpcsí^irái:? гкгг.^г^^с.г;1;«; ~ г. •

сгегогаггя шззыяя ейссауо х^ктл'-аегть детсда ív^-o^v- -2U2J, с. аакасю гэтвшаш струх к^о-зг»: кл carpes с;« v.,.. 5«:гу«ьгзгс ^озсд«£йоп> .; кеслгдоЕ^ла-': w>ry? баг*. î«i«,U3er.ï. .

ir:^ ПрОЙГЕрагжа' : 'В SKCrjIjíT^iSí Г.'

згзог« погькоа'kksccîïî. ■ .'•■

/т-асСякз ftagotn. Key»' -vir,;: Й .. \ .

efisrssasaa sa Рг>.<а«г&.*«гж>'исоа кауадо-к'глг« / ■ :

ЕШЗерэдда Ефг&тзг зяситрг^есмй su-}«:.- к í

ci: assproïazsçsonai- a к других с;р->гг.ях j-.- -

SCff» ECSÍS25S&J ' psegriÄSisa YÏCÙ-wïvz" ;;

такхЗ с згжией « "Цро^есс-^'*.

JSx&sassiass ß> те« ja:ec£pY'."»ra йгуйяж»а-1:.г'.: •■: -та;.-■area г s.«»»» .гакледз кз

Стсгетура ~л с^г c-iíovut .t'.cccp^Süv.cc.u^ Tn-íoio

■j-з 1ГЭ страну у», з тс*' 103 с?':?г.с-

гэ, 37 рхсухсоэ. ссстсггг етидзтпет, гита г.:аз, ех.-с-

дэз списка ггспо.ч.ьссрзг'^ол .тггорат}^.

v02XKMKS riSOIU

В гаде-::;:.! обсс7с.т;т.нг ^.туальнсс::. '.'¿•;/л исс.гс.-.сиг'гл,

сфрхулфезззэ Ц'Л'ь .г:.:«-;, с э. гадость .v.i Eayr.i, сгрда.-огп оспо5ш:э задгга ::се.гедое-:н::л.'

Первая г.'гза хос^ягелэ '."остолхга гопрога о тзплсбаелэ

пагротса поггргпосгл гьлэ=£еа <яруей аетоста. Исследе-ек^а данного процесса гоег.'гслэ ¿з;;о psío?, з чзстясст:: в моптзгьлоЛ pr-ícce Гегли'Э тугался тезлосСкз гагретоа nosops -пост с я:спзрггрссгггс.1 crpjoü scsccra.

Прл еяззся •тегсс-р'эдрса; жвсрзасстз нггрзээ (отсутстел? íasesa) :язот йсзпэзегггоо охллг^епггэ ее стакана

ялезкеа адахгщ. Сгзг'-т^азЕгзэ Сольсоо жигпзегээ p¿Co?, з потери: прсвод^ось гя^гекплэ т:::ого сго^ссз. Ерл ТСЕЛССС-ЛЗ-ео пзЕгрдпосст ssrr-ara с cípyoa грсэгсляоЗ гягзюспх, црсцгсс сопроЕогдазтся с тг^гхста. Лгпсэ о тетлеоскзлз с

кртагсшзях rKSBccc/j':! Ераггиггэся orejtcíoyra.

Утгпзгя сдажоса *д 1:2ят» Егу^еппссть -соплвсйгозз грл озлаэдоакл rcEspit»«;*. с струга крэгсзсЗ хаягостя, сгло cpi-S3K20 сосг.-г-зхь згксл*рг'.сггга.п:-лоо :йскздсзсгпз с

цо.^ъэ получгзп Гзггрусгйжя пз спдегз дзлдзз,

иессподга ísíij • сгзгз., Сжпзсхса icsprnни

процесса дгл лгл ос^опигз дс^стетщгз Сг-тгсг-сз

праяльпоа ргарзеста- с-ЬсшрпепгзягГОЯ uosoesa.

Во втсрсП грсссдсго тсор^ггггсз^З гззйэ гс-плос'г.э-

нз при юзгаадззктдз. cspja r55»ro'cc?5a с гггротза nsiwps-ноеть». Предлагаете:! •дяг. сгтсэдЁлЬЕОК»; гегиосекегэ.

Прсиэдсппгл апагсз пязохяо?; сцсзшь- sasrnrí» ся??.п»ляязд:о TonnooCüoa стрп"! то.схгп7 Toiiscsoro шгргнлхчего слон в коезз, nspsssü • пажо/ шягаосл г-таког5Го'' потека a • пятно' pacTCKBsai струи, tcxi."dcxc:s -cípjn.,.• *-- •/ ; ■ ■ •• ' .

. IbJijtena фзрузгло дд'л ерз n.-s;ro-í-

ecíj яшеняй", пош' отруя- r.7ís)ea сакхчвт xa -.cscétjr. егздап-ззя ф5р»улз.1гтает гзя: •.í '' -•.'.г'-.-:;' -'•'.* О

т] (1)

где, йс- диаметр пятна растекания струи, у- динамическая вязкость, скрытая теплота парообразования, рх- плотность Евдкост, р^- плотность пара, и,- скорость струи, д.Т- температурный напор,хг- теплопроводность среда.

Из полученной наш формулы следует, что при струйном охлаждении в режиме планочного гашения а ~ (^/а.)1'1 , т.е. интенсивность теплообмена растет при уменьшении диаметра струи. Из рсаэнлл следует, что более эффективным (при заданном общем расхода) является использование для целей захолагиваяия ряда тонких струй по сравнению с одной струей большого диаметра.

Анализировано кризисы теплоотдачи при пузырьковом и пленочном реаямах кипения.

Дальнейшее совершенствование физической модели возможно путем накопления экспериментальных данных-

В третьей главе дается списание экспериментальной установки, методика и порядок проведения экспериментов, методика обработки экспериментальных данных, определенке погрешности экспериментов.

Для решения поставленных задач была разработана и изготовлена экспериментальная установка схема которого показана на рис.1. Установка обеспечивает подачу струи аидкого азота диаметром от 1,5 мм до 4 км и скоростью от 1,5 м/с до 40 и/с на предварительно нагретую до температуры 450 К поверхность, расположенную под углом от 30 до 90 градусов. Температура хвдкосш равна 77,4 К,давление - атмосферное. Экспериментальная установка состоит из Сака (I), экспериментального участка, систеш дренагса (3,6), системы наддува (4), ваккуыирования (18,19) и других вспомогательных систем. Экспериментальный участок представляет собой форсунку, из которой вытекает струя ьидкого азота , а таете из калоржотроа, изготовленных из пластины цеди и нераавещей стали (Ш8ШДО).

Жидкий азот из бака енкосшэ 200 л течет по трубе, на входе которой устанавливается струйная Сорсунка (12). Жидкость из форсунки направляется . в 'виде сплошой струи на экспериментальный участок (13). В промежутке из яду опытами

к емкости

Рис. I. Схема экспериментального стенда.

I- бак, 2- экранно-мнуумная изоляция, 3- редуктор высокого давления, 4- ссст^ма наддува, 5- система дренажа, 6- заправочный магистраль, 7- поплавковый уровномер, 8- термометр сопративления, 0- ткльтр, Ю- пкевкоклапан, II- турбккньй расходомер, 12- струйная форсунка, 13- калориметр, 14- вен-телптор, 15- дренаж «удкого азота., 16- измерительна« система, 17- электссприподной клапан деойного действия, 18- пакуумкмй. .-асос, 19- айсорбцисннкй кассс.

-кедкость выбрасывается в атмосферу через дреназшый клапан , (15). Заправка бака осуществляется вытеснением хидкого азота из резервуара 1КК-3 под давлением.

В установке предусмотрена вытеснительвая система подачи рабочего тела - гадкого азота. Наддув бака до 20 атм. производится газообразном азотом от баллонной батареи с помощью системы наддува (4). Управление ппевыоклаланом (10) осуществляется от балокзой батареи через редуктор (3) и ЭПК (17) двойного действия.

Экспериментальные участки (рис.2) для исследования нестационарного охлаждения представляют собой пластину диаметром ВО иы и толщиной 1,5 ьв.1 из меди и нерхавеидей'стали 1Х18Н10Т. Диаметр пластины В -80 мм был выбран исходя из условия

"5

-— • (2)

в<Л-Д,>

соответствувдэго пластинам "больших размеров", для которых теплоотдача не зависит от диаметра.нагревателя. Для точного определения локальной теплоотдачи в центре пластины формируется

калориметр (I) диаметром в мм. При sic?.; сохраняется сгруктура поверхности элемента со стороны набеганной струп, а с обратной стороны протачивается канавка (2) глубиной 1,3 мм. Это позволяет уменьшить теплоприток за счет теплопроводности по радиусу измерительного элемента. С обрзтной стороны пластина теплоизолирована пенопластом. С изолированной стороны пластины приварены хромель-копелевыо термопары(З).

Для измерения параметров эксперимента во время опытов использовалась автоматизированная система научных исследований

D > 4п

■А

(АСНИ) "Крио .60-02".

опыта проводились прл нестационарном охлазденкл экспериментальных участков от температуры окруэсавдай среди.

Тепловоз потоки для нестационарных опытов вычислялся :п уравнения теплового баланса

V йГ

а . .. , с--—" (3)

. Р Ф

где, плотность катериаяз' стенки, кг/ м*; с^- теплоемкость

материала стешг.:, д.т/кг-К; 7- объем калориметра, и"; ?- площадь'

поверхности тегаосожва.м*; Г,- температура стенки. К:

Теплоотдача хгрдктзризовалась локальнш коэффициентом теплоотдачи, опредзлло'щч выражением • -:

• с{ » --(4)

7* — Г1

"V ""в .

В четвертой г.та-зэ рассматриваются результаты экспертен-

талызого исследован:» теллоойлена при натекания осесидаетрич-ной криогенной струи ка нагретую стенку. ,

Исследования кгистоот данные' 110 регимов эахолагпЕЗНия гаадким азотом двух экспериментальных участков. .

Анализ экспорк'снтальпнх данных показал, что" в исследованном диапозоне изшриия ренгшнх параметров имели место, шапочное, переходное и яузкрксовов роетмы кипения криогенной' пи-. кости.Пленочнкй ро^м кгпопия сопровождается плавным уменяени-ем теплового потока к жидкости.При снижении тешэратурзого напора (тм- Т3) до некоторого значения АТ1гр3 происходило рззкое возрастание теплового потока, вследствие перехода кпузырько-вому режиму кипения. Эта точка характеризуемая резким ^'изломом производной г>?м/&т в конце ¡з эхолагивания, бралась ез конец ро-гима пленочного кипения. На основе,;анализа экспериментальных данных могло нарисовать следувдую картину для кипения • жидкого . . азота при натекании струи на стенку. При ударении осесямметри-' чной цлиндрической струи в начальный момент времена происходит? резкое сшпгевиэ температуры стенки и резко© увеличение. тепло-■вого потока. Б этот момент жадность под давлением омы-

вает стенку и по этому теплоотдача очень больгая. После этого кезду гэдкость» и стенкой образуется паровая ..пленка толщиной

и начинается пленочное юление аидкссти. Снижение температуры стенки и тсплоеого потока становится более плавным.Пленочное кипение происходит до некоторой критической температуры стенки. Интенсивность теплообмена при пленочном режиме кипения определяется толщиной паравой пленки .При больших скорость-ях набегащей струи за счет инерционных сил толщина пленки уменьшается и возрастает теплоотдача к жидкости. Ниже температуры т происходит резкое снижение температуры стенки а увеличение теплоотдачи. В этом случае пленка между жидкостью и стенкой исчезает и жидкость начинает ошват стенку. Увеличение теплового потока приходится имено в этот переходный режим.После этого в шероховатой поверхности стенки образуется пузыри и дальнейший теплообмен стенки.с жидкостью происходить с помощью пузырей которые отрываются от стенки. При пузырьковом кипении интенсивность теплообмене не очень высока.После этого температура стенки приравняется к температуре натекавдей жидкости и теплообмен прекращается.

Таким образом, в исследованном диапозоне изменения режимных параметров наблюдались следующие характерные режимы гашения криогенной жидкости: пузырьковый, переходный и пленочный.

Каждый из указанных режимов теплообмена рассматривался и -изучался отдельно. Режим пузырькового кипения имевший место в опытах, но занимавший незначительную часть (1-10%) от всего времени аохолаживания, в рассмотрения Ее включался.

Для того чтобы найти критеризлнне зависимости мы к обработку введем безразмерный комплекс, характеризующий отношение сил инерции и тяжести в однородном потоке. Это критерий гра-ьюационяого подобия ( тлело Фруда ) Гн. Мерой относительной скорости течения ггидкоЯ компоненты двухфазного потока во млогох случаях целесообразно считать модификацию числа Фруда

/V и1

г,- = --(5)

/V 1

где -скорости струи. При имеет ыеето перьыП предельный

случай - свободная конвекция,основные законы которой для кипения в сольном объеме жидкости применимы в этом случае.

Ь фэрмуле !'о) г- приведенная характерный размер. В качество характерного размера можно взять дааивтр струи. Но прове-Д'.'.пи^ '1Н-)Лиз показал что параметры кипения пало зависать от

диаметра струи,по этому в качестве зорактерного разбора в: капилярнуя постоянную Лапласа:

х -/—---(6)

гдо о- - коэффициент поверхностного ватягения , б ~ ускореглл свободного падения р. -плотности гздкостл и пара.

I , V

В работе рассматривается ¡сриз'дс теплоотдачи при пузырько-.бом гашэкки криогенных жидкостей, ведется безразмерная те;яз-ратура первого кризиса кипения ок1 в виде

*р«Р.

В фордулэ (7) лТкр10- температурный напор соотввтствущнЛ кризису; а дТкр1р- находил по формуле фредергашгз

лт

кргд Т *** Т

0,1 ( 1--г ) + 2(1--- >

(8)

Тк Гк Т„

В формуле Средеркцнга тк - критическая температура яидкости, для азота она равна тк ■ 125,6 К.

Теперь рассмотри! зависимость, в виде /СГк^). На

рис.3, показана зависимость безразмерной температуры первого кризиса от критерия Фрудэ. Анализ этих результатов позволил предложить расчешу» формулу:'

0= 1+ 299-Ря °'72а (9)

кр1 X

Отсвда видно, что пря'увеличение чкелз (Груда, т.о. при увеличении скорости натегащей струи кризис теплоотдачи при пузырьковом -кипении снедсстсп в сторону повызоппя температурного напора и увеличивается диапазон пуенрысового кипения где тзп-лоотдзча от стзпкп к струе гядкостп сатан больяея.

Плотность теплового потока при кризисе цузирькового клте-. яил дкр1, в незк обработках определяется сл-элукгд-м образом: При кипении в больсом объеме лидкого азота пэршш кризис плотности теплового штока равен 1кр1(5.0" 1С' Рг/м. Чтобп пзЛ-отноЕопие дку10/<7кр1б_с_ используем оппмшо даняке для ок.1!5 из нашего эксперимента.

Зависимость д кр=/СГк;) показана па рис.^.Анажз результатов

ошгпдк данных позеолил предложить расчетную формулу в виде ^р>С5.О__(10)

ч •

sch( íp.95 -fr0;*"3 )

I'd рис 4. видно что ,np:i увеличен:» кригория С/руда увеличивается порвал критическая плотность теплового потока gkpt.

Характеристики 1физ::са теплоотдачи при пузырьковом юшении ' от угла наклона плоской тешюотдакцой поверхности исследовались при углах наклона 30*.45',60*.Как bsuho га рис.3 и рис.4, характеристик кризиса от ориентации теплоотдавдеЯ поверхности почти ко зашеить.

Для рассмотрения . теплоотдачи охлаздаемой пластины, при пленочном кшзпш падкого азота вводе:.! безразмерный коэффициент теплоотдачи Ни (критерий Нуссольта). Этот критерий характеризует связь нэзду интенсивностью теплоотдачи и температур-EKJ полом в пограничник слое.

cL-l

У:.J - —--(И)

\ •

здесь ci- коэффициент- теплоотдачи, который . определяется из оштов. xf- коэейкцвеит теплопроводности пара, который соответствует температуре Tt » ( Гв)/ 2.

Вычислял по результатам опытов значение для безразмерного коэффициента теплоотдачи по • формуле (II) построим зависимости в виде Пи»» /CFrs) при разных температурных напорах.

Теплоотдача при пленочном кипении зависеть от томперату-рногЬ напора. Обобщаем по тег.йературному напору, воспользуемся безразмерным перегревом пара

Cr<Tu-T. >

■К'-—г—

i v

Анализ результатов позволяет предложить рассчетную формулу

нив>0* 4200 (12)

где Киб_0- значение-критерия Нуссельта при кипении азота в большом обьме в режиме пленочного кипения. Известно, что при кипении азота в большом объме коэффициент теплоотдачи равно аб>о=130 Вт/мг-К.' Подставив это значение в формулу (II) можем вычислить Nu6 0.

Для того, чтобы оценить интенсификацию тенлооОменз при пле-

ю 20 30 40 50 60 Рг.-К^ Рис.5. Ззвис'.кость безразмерной температуря первого крнзжа теплоотдачи от тапг «руда. 1) „> "90";3)

й-Змм.у-бО'; 5) й -Эя.1,г30'; 6)й -гс1,г"90'х

и?',:

400

300

200

100

С

" А"" /-О

о / /д 2,-а 3 - а а

1 / ° / 6-й

Ю 20 30 40 50 60 Гг^О4 Рис.4. Зависимость теплозого потока от числа Фруда при кризисе пузырькового кипения.жидкого азота. 1) йс=4мм,у=90°;2) йе=3мм,г =90";3)ас=3мм,г=60°; 4)йс=3т>г=45'5) й*3т, г=30°; 6)йс=2т,г=90°;

кочном режиме кипения жидкого азота,мы построим график a /aQ Q - /(FR^.Sra зависимость показана на рис.5.Как видно из графика при охлаждении, с помощью ударяющейся струи об стенку, теплообмен 5+15 раз больше, чей при кипении в большом объеме.

В мытах наблюдается существенное сшпение теплоотдачи с уменьшением угла г , характеризующего наклонение поверхности стешсп относительно оси струи (рис.6). Анализ полученных экспериментальных результатов показал что данные по теплоотдаче при пленочной режиме кипения азота, неплохо описываются зависимость» полученной для теплоотдачи на наклонных пластинах в диапазоне изменения угла наклона пластины к оси струи о< г <чо"

0,8а (Ниб о+4200 К31ГК4'"Ъ Sin г (13)

Рассматривая кризис теплоотдачи при пленочном кипении нид-кого азота, когда струя етдкого азота охлакдает пластину, взе-дем, температуру в виде:

в . е"рге Ш)

1<Р2

kpip

которая характеризует температуру второго кризиса кипения. В формуле (14) 0кряд безразмерная температура, которая вычисляется по формуле

в „ тьр1° " т- (15)

кр20 у f

'кр ~ 1I

где ткр-критическая температура ишсости.для азота тройная точка равно 7к= 125,6 К, "^-температура ащкости.при атмосферной давлении Tt =Т. =77,4 к равно температуре аасщения для азота. Знаменатель б формуле (14) вычисляется по формуле Берлина

,т= О.^б + 2.5 У ---L + [ (р С- K>1 1 (16)

+ Lfp-C-XlJ

(р-в^К I (г

здесь -плотность, удельная теплоемкость и теплопровод-

ность жидкости; плотность, удельная теплое;,кость и

теплопроводность стенки. ,

Рмчнслив результаты опытов но-формуле (14). построй зависимость в виде На рис.? показана зависимость безразмерной температуры второго кризиса кипения от критерия Фру-да для разных углов наклона.

<Aj/«¿ifo.

-D-

о/ и □ - о - а - л

/1 д L

/

lO 20 30 40 50 ¡Qi

Рис.5. Зависимость отношения ^^ от числа Фру.да. 1) йс=4км; 2) de-3!,oi; 3 )йс-2мм:

//и

300

200 100

10 20 30 40 bo с 0 fv"^

Inc.-;. SaHioiíMocvb крт^рия Нусоельта от таслз Счу/дг; pyrjHira углах наклона ьксп^риментального участка. >> de-aMi>„v '90'--йе-м.^бО*; 3)0.-3»«* .J-ms'; =.-•::.

Анализ этих результатов позволил предложить расчетную формулу

(1 + 231' + 003 (17> '

Отсвда видно, что при возрастания критерия Сруда,т.е. о увели-ченем"скорости патекаацей струи 1физис теплоотдачи при пленочном гашении снедается в сторону большх температурных напоров. Из этого следует, что пленочное кипение завершается быстрее и начинается пероходное гашение где теплоотдача соответственно большая.Это способствует,интенсификации теплообмена при струй- -ном охлаждении. '

„ Используя данные опытов построим зависимость для плотлос-. ти теплового потока при кризисе плэеочного кипения дкра=/(Гк4 )'* (рис.8).Анализируя эти ошгныэ данные можно предложить следующую расчетную формулу

665- дкргб о/Ыà (18)

В пятой главе на основе полученных экспериментальных данных "

дана оценка эффективности исследованного метода интенсификации, показывающая, что применение сгруи жидкости позволяет увеличить теплоотдачу. Даны практические рекомендации по расчету терио-" сумки и термоконтейнера, основанные на полученных экспершен-, тальных данных." • ' •

основные результаты диссертационной работы'

I. Разработано к создана новая экспериментальная установка, д иозЕоливаая провоста исследования интенсивности теплообмена при • охлаждении нагретой поверхности затопленной струей ' жидкого 'азота в разных углах наклона экспериментального учае- 1 тка относительно оси струи.

'л. Разработано упрощенный модель пленочного режима кипения и . выполнен теоретически! анализ процессов теплоотдачи. Выводы анализа удовлетворительно согласуются с результатам эюгшри-,. ментального исследования. • ■ ' ■ . ■

3. Выполненное экспериментальное исследоваша., теплоотдачи в условиях нестационарного охлаждения1 металличиских." пластин акшоти азоте:,! показало, что в иссЛэдованных диапазонах режим-, них пара,метров имею/ место три'характерных режима кипения; I),'.; пленочный, которой сопровождается плавны:.) уменьшением тепло- '

30 40 50 60 FylO Рис.7. Зависимость безразмерной температуря, харэктеркзущкй второй кризис гашения, от числа Фруда при разнхх углах наклепа; 1) d -3i?m,y -90";2)d «З.м.у-бО'; 3)d Sm.r-45'; 4)d

) ■

X п

/ .1-е 3-д ........ 1

200

100

10 20 зо 40 ьо eo Fx.'ít^ Рис.8. Зависимость теплового потока от числа фрулз игл кризисе пленочного кипения гидкого азота. 1) йо=4мм,у --90°;2)(]с=3мм,^г.0'"; З^йм.^ЭО":

во го потока к шдкостк ; 2) переходный, в котором увеличивается тепловой поток; 3) пузырьковый реким.

4. Экспериментально исследованы закономерности теплоотдачи в перечисленных режимах. Предложены расчетные формулы и рекомендации, удовлетворительно описывающие опытные данные.

5. Исследованы границы упомянутых режимов и определены зависимости их от режимных параметров. Предложены расчетные рекомендации.

6. Исследованы кризисы кипения жидкого азота и определены зависимости их от рехимных параметров.

7. Предложен метод интенсификации теплоотдачи при пленочном кипении и экспериментально исследованы возможности этого метода. Исследования показало, что рассмотренный метод интенсификации позволяет увеличить теплоотдачу з 5+10 раз.

8. Полученные расчетные зависимости и рекомендации могут быть использованы в расчетах и проектировании систем охлаждения. Разработана термосумка и термоконтейнер, которые охлаждаются струями жидкого азота. Ожидаемый экономический эффект от внедрения в промышленность термоконтейнера составил 219918 рублей на один термоконтейнер. '

материалы диссертации опубликованы в следущих работах:

1. Лъзамов Ш.К., Ахмадгонов Ш.О. Криоген юритгичларда иссихлик алмаишиш./Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции / Ташкент 1992 г. 16-17 декабря. ,

2. Аьзамов Ш.К., Ахыаджонов Ш.О.»Ибрагимова Б. .туйчиев Н.Х. Машипасозликда еиилганинг шги турлари./Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции / Ташкент 1992 г. 16-17 декабря.

3. Аъзамов Ш.К., Ахмадаанов Ш.А.Исследование теплообмена при аьтекашгл струи жидкого азота на высокотемпературную стенку./ Межреспубликанский научно-техническая конференция интенсификация процессов химической и пищевой технологии./ Ташкент, 23-24 ижяя 1993 г, 125 с.

•1. Ахмаджанов Ш.А.,Агзамов Ш.К., Дрейцер Г.А.,Фирсов В.П. Теплообмен при взаимодействии .струи жидкого азо;а с нагретой сте-ж>Л./ Узбекский химический журнал, с 79-83, * 5,1993 г.

ЩВДХОПОВ ШХРАГ сг.шг.п

вестацконзр__сотеггдшя gprvn-n

Сукздик oxxsm бллзн хар хил кенструкипялграя еокглгз узкпкнр техник отхитдан амалга огор:з syw одг.кадяг.1 ва рту копструкцшмар темпоратураспш пасэйтарпэда г.удз озд^ктаплигв билан азралпб туряди. .....

Упбу диссертация кш! cy¡c\ азот бил ал ю»зврялгач

скрт орасидаги иссоялак алмазвшусинп урганкпгп бакпшзган.

Яратилган янги эксперименталь курия,ia гзпдири.чган спртпи сущ азот окимяга писоатап хар хил бурчзк осг.щагл холзтядя m берадиган исспадих алнашзпшугяяи тееттргл тап-.онкгл Сорпди.

Пленкали дайвал ретасякнг содяалаатиргмган когфт иях»', чиюмди ва исспузвс уззткз sape&ct 'учун нэзарпй текшфха уткэ-зилди. Бу пазарст текппф5а наткзэлэри экспзргаент натагалзрп билаа мое тушэди.

Эксперимент взтааюларкзп тахям далет курсатдши, тэкзгери-рилабтгаа диапозояда сущ азотнкпг гсйпкали кайааи, '/тки цайпаа ва пуфахли каГлаа зараЗалзрн кусатнлада.

ПлЗнкали «айпаз азра&зда сукувжкя борилэдагзя яеездлк окими аста камайкб боради. Температура лор фарвзтаинг блрор , кийматэтача хгмзПглндз ксслслпя о^сяппшг тозда ■ кргзрп.'езги кузашади, аупинг ватзэспда суадяж пуфэкли казнам ааробняга утади.Хар с':ф иссдслзе алметжпз гсроЗяи (пл'нкзли каянзк, утгта кайааз вэ пуфаклл кайнгя) злохида-алохида ургэшидп. Хар бир sapoSii учун кссшуг.с: узатая яароагя ирнукиятлзря океггаркмедталь Урганилдп. Берилгзл хпеоблзз формулзлзр:! вэ тог-спялар тз^рхйа натижаларнки конплпрли пЗЗодэлзййи.

Супе озотги кзйзагпя-згя крлзпеи .ургалилди ва бу крязислэр-ни зароёнпн харзэторлозчя катгаопнлер билли борлаакзи тспилди.

Плопкали цайяаз аароЗптаэ пссиклкк бортани ' задаллаапмрия йулларя курсаткддя ва бу иулларпл ¿зодга сяпряз ыуыяюлиготп экспзрнментдз тешдецда. Теявкрпслгр кррсатдакя икорчкаш кссшукк узатстт хздаллааткрт взтопепда иссшслте узаташни 510 маротзба огзфщ муьтал! сказ. .

Олмшш хпсоблсд фораулзлэри ва тгфепялар совитнш система-лгрини хпеоблгп ва лоЯнхалслга хгиатла ryiatiri.

U"i

AffiMADi'JiAbûY C;SU)KAT AMÏLOYKZ InvcvUyabif-ri <v..4-r not ^_Jn.-» th

.■Silt.'j by MLTCr.-jn StrCa.'.!.

Cooliî>0* constructions by succès streaa ci' liquid reprisants is ci sirplo technological real isation end ¿ffcctivo vay ai" dtcroasir.E the surface w .r&turc.

flits doctor thesis --ic-c! to ir.vûsligaticr; ci liquid nitrogen Strcas» tecA transfer vitb nsated surf&sa.

Created new tfxpvrln«ntal i retail at ion. allcvs to Uivastlgcto heat transfer ' mtcnsivty undor ccolins varred up surfaso by liquid nitrcntn stream air uiii'ort-nt inclination corners or export rental part to strssa aslo.

Developed a 'Jir-plt- fied rrod-.I of boiling rcirl« and fulfils*} nt thoorotical analysis of heat transfer processos. Analysa conclusions satisfactorily csraUfc to c-i>,rij;«ntal research results.

Analysis of' oxpsriccntal data proved. fcfcot investigated ranee i!» chanciiç of regit« parsrajusrs have occured flin, transition and bubble rejirs of liquid r.itrccsn belling.

Film boiling rceino aoonv-anod vltls heat strc._r. u<;_.« jy fluent dicreasirc. Under dicreosin; tccporci''- * pressure untill soie, valus lexz. happened suddenly ir.srcaslns of boat stress» duo to cwimre to bubbled regies c -.oiling. Every of reel its (flin, transition and bubble) teat transfer vas considered and investiged ccperatoly. Investigated expsrlrentally boat transfer conformity to natural lavs in listed res1rs. Offeree! 'cosTiUting forruls a-d. recor^ondaticns satisfactorily dlscribing ox peri »rental data.

There wore investigated liquid nitrogen boiling crises and de-fined their dependences from regies parameters.

Offered the to at transfer Intensification ratbod under f lis» resrira of boil in? and investleeted experirantally this Method possibilities. Invest¡cations proved, that considered intensification rœthod alloss to increase heat transfer 5 - 10 tires. .

Obtained ccrrputed dependences end reccmcndaticns voro used in design of ccollrc systems _