автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Моделирование термоакустических явлений в парогенерирующих каналах с учетом потерь механической энергии

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕН!: \Я АКАДЕМИЯ ХОЛОДА

На правах рукопгк«

БОШКОВА Ирина Лсошщозна

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОАКУСТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ПЛРОГЕНЕРИРУЮЩйХ КАНАЛАХ С УЧЕТОМ ПОТЕРЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

згшдидтга тсхничсста« наук

¡'абота вы: элнена с Одесской государствешюйакадемнн холода

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

- доктор технических наук, профессор Л.Г. Калинин

- доктор технических наук, профессор С.И. Барсуков

- кандидат технических 1:аук, профессор В.П. Онищеико

- НИИ "Шторм", г. Одесса

Защита состоится" Л 1995 года в часов

на заседании специализированного совета К.068.27.01 при Одесской государственной академии холода по адресу: 270057, г.Одесса, ул. Петра Великого, 1/3, ОГАХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОГАХ.

Автореферат разослан

■ $£> 1995 года.

Ученый секретарь специализированного совета

доктор технических наук, профессор Р.К. Никульшин

Исх. >й от

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При разработке новых электротехнических устройств, для обеспечения тешювого режима которых эффективно применение жидкостного охлаждения с поверхностным кипением теплоносителя, требуется достоверная информация о сопутствующих теплообмену процессах, способных нарушить устойчивость работы системы. Нако-плеиньг» ранее материал относительно механизмов возникновения теп-логидр^дтиачичеекпх хсустончивостсй различных типов используется т:рз: ттртектйропаиик современных систем охлаждения. Имеющиеся критерии устойчивости подпаляют определить усдозпя позннкнопениа гидродинамической неустойчивости .Псдинегга, предсказать кризисы кипения и перераспределение потоков в параллельных каналах. Неучет тер-моакупгнчсскнх явлений может, однако, поставить иод сомнение проектные расчеты, проводимые для оборудования с высокой мощностью тепловыделений. В случае акустической неустойчивости данные ограничены и противоречивы, несмотря иа то, что в последнее время интерес к исследованию механизма генерации термоакустнчссхнх колебаний значительно возрос. Имсстся обширный экспериментальный материал, полученный на различных стендах Б.М.Дорофеепым, ЕЛ'.Четвериковым, В.Л. Ассманом, В.И. Гсрлпгоп, 15.В. Зроднмковы»; и др. Извесгны подходы к теоретическому объясиени.'о механизм?. генерации чолебаний звуковой частоты пузырьками пара, представленные Ха чной, Е.И.Песнеом и С.Е.Нсснсом, и.М.Дорофесаич и др. Однако, имеющиеся физически.- и созданные на их основе матемятичеехн; модели решали частные зада«;;! <> не позгодяля получать амплитудно-частотные характеристики ¡юугепой волны На сг:;сгг!!ин исходных данных по тепловому и гидр^дннамн-чеехпчу режиму. Модель, наиболее полно описывающая механизм генерации тсрмоакустнческих ^олсЗаниП, трбует ««робатт опытом и учета дисснпатавкых эффехтоз.

Таким образом, актуальность работы определяется ее непосредственной связью с проблемами и потребностями, порожденными научно-техническим прогрессом в теплотехнике на современном этапе.

Предметом предлагаемых к защите исследовании являются колебания давления звуковой частоты, возникающие при кипении подогретой жидкости з каналах малого диаметра, и их моделирование с учетом диссипации энергии. Моделирование тсрмсакустлтсских явлений способствует более глубокому пониманию причин возникновения акустической

волны с гармонической формой холсба-чш н образования стоячих волн конечной амплитуды в канале. При правильном представлении механизма генерации звука появляется возможность расчеты:.: путем определять области режимных параметров, в которых амплитуда колебаний давления звуковой волны становится недопустимо высокой. Расчетный метод как метод прогнозирования явлений тсрмоакустики дает возможность значительно сократить затраты изтсриалышх и трудовых ресурсов, кроме того, он позволяет определчть все возможные случаи роста ззуко-бого давления, которые в силу каких-либо причин не фиксируются на конкретном экспср|;м;нтальиом стснлс, ко могут проявиться при незначительном отклонении от условии проведения эксперимента.

Цель работ ¡Р заключается в исследовании механизма генерации тсрмоакустическйх колебаний (ТАК) в каналах малого диаметра с поверхностным кипением жидкости, движущейся с высоким!! недогревами, и моделирование явлении термозкустили в охлаждаемых каналах с учетом дисснпатнвных потерь.

Qc»opnbic задачи работ!.» состоят в следующем:

1. Выбор математической модели генерации ТАК и апробация се на имеющихся экспериментальных данных с целью корректировки входящих в нес зависимостей.

2. Анализ механизмов диссипации энергии и учет наиболее существенных из них в частотном уравнении.

3. Оценка влияния дисснпатнвных членов на амплитудно-частотные характеристики колебаний.

4. Определение области применения модели на основании сравнительных характеристик машинного и физического эксперимента.

На защиту выносятся научное положение и основные результаты диссертации.

Научное положение: в условиях поверхностного кипения жидкости, движущейся с высокими недогревами в каналах, при малых значениях паросодержания (<р < 0.1) основными механизмами потерь энергии тер-моакустнчсских колебаний являются вязкостная диссипация в парожид-костном столбе канала и потерн энергии ла открытых концах канала. Основные научные результата:

1. Создан комплекс программ расчета амплитуды колебаний давлен,.л в канале с учетом потерь механической энергии для оценки вклада дисснпатнвных эффектов при различных условиях и определения возмож-

пых областей значительного повышения амплитуды звукового данле-

ТП15Г. .

2. Получены коэффициенты потерь акустической энергии, езязанш-е с

вязхостьхо и проводимостью открытых концов киши. 3; Сопоставлены амплитудно-частотные характеристики, яс.-у- *нныс экспериментально тг расчетным путем по зависимостям модели генерации тсрмоакусгических ходебяний,

Наутгт ношена работы состоит а том, что впервые был нрогедек полномасштабный расчет термоакустнчесхих колебаний о каналах при заданных тепловых и лцфодинамическнх параметрах процесса охлажде-нг». с учетом диссипатнвных потерь; показана применимость выбранной гидродинамической модели развития ТАК для пропюзнроаа \ш резо-«»¡тений в канале с кипящим теплоносителем.

Л р;УчТ"';сс:-п7 пгкнсст». результатов и выводов диссертации опре-делчется : с использованием У- " повышения ?йде:*тнссги новых видов энергообу~рудоз;и',!!:т, обеспечение тсллосого режима ¡•■отеры:; ссу-н;сстпл::стсг£ с по-'ошьто жидкостного схлаздсии::.

Результаты раПоти рнедрелы ПИП "Шторм" г. Одгсеа а инде ¡•.ом-плексноП программы расчета амплитудно-частотных характеристик колебании п каналах охлаждгн;сг которая находится з фонде института и могссг бьпл исполслеаанз ггрн проектных расчетах исвых устройств.

■">"1-2I. О:лог«:г>!*»материалы диссертационниа работы дологеш па XV и'.учю^с-ип^УгМ '•••дп^гяг.чл.м ,-~ттогсых ученых и епяшалпетоа ИТТФ АН УССг Г,' с.т.гл^-.г'Ой «аупке.

техиичгскоП ггейферггагои (Одесса, 1535), гаучпо-техпнчв^с^; и-;;! 1 г:;. -,-??«мх в спгалзлисгзз НИИ "Шторм" (Одаха, 1990), на;. ч.} холода (0д«гсз, 1994), Пергой паийс^::-:;« г «!!■* но '».'«осад. 1394).

0-:г.:с~г*.г» сгзуднгефтчцни .■пу-Злнг-оланы '1 ЮГГП пе-кх^х ртЛотг:;.

Стпуэтугя я обт,ем работа. Диссертация состоит из мчиен;«, трех глаз, игеточеикз, списса литературы га 32 наименований я приложений. Работа ¡пложена па 107 листах ыгшивогаского текста, включая 2-Я рисунков и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ро введении обосновывается актуальность исследований механизма генерации тсрмоакустических колебаний » каналах малого диаметра и перспективы моделирования язлеий термоакустикн; сформулирогзиз цель работы п задачи, требующие решения для достижения поставленной цел». Описаны основные ¡ -г-ультаты » научная новизна проведенных исследований.

В лепной главе анализируются результаты теоретических и экспериментальных исследоиашгП акустических явлений в трубах и. каналах при поверхностном кипении жидкости, впияпие параметров процесса теплообмена «а акустические характеристики колебаний. Подробно рассмотрен процесс кипения жидкости при значительных неяогревах до температуры насыщения. Привадится а::алнз 'зависимостей доя расчета величии, определяющих характер акустических колебаний: объемное па-росодсржашиг. число центров. парообразования, отрывной диаметр пузырька, часто,.! действий центров парообразозания. Представлена информация о росте парового пузыря в уелосчах распространения звуковой волны с целью определения стадии его эволюции, приводящей к возбуждению звуковых волн высокой интенсивности. Пузырек излучает звуковую волну при любом изменении своего объема, однако, в зависимости от условий кипения основной вклад вносит одна из стадий его существования: возникновения, роста, схлопыаашш или их комбинации. В результате изучения литературных источников получен вывод, что в условиях вынужденного движения теплоносителя п каналах при высоких подогревах наиболее вероятно определяющее влияние стадии коллапса пузырька на генерацию значительного по амплитуде импульса звукового давления. Кроме исследования динамики одиночного пузырька на теплопере-дающей поверхности, рассматривались коллективные эффекты ансамбля пузырьков. Как свидетельствуют данные кшюсьемхн, в определенных условиях наблюдается синхронизация периодоз ожидания, роста и охлопывания пузырьков на соседних центрах парообразования. Это может быть объяснено взаимодействием пузырьхоа «а соседних дагграх парообразования и влиянием поля заукогои волны, распространяемой в :са-¡¡але, на процесс генерации паровых пузырьков. В рамках принятой теоретической модели предполагается, что синхронность действия цагтров кипения главным образом определяется тепловым взаимодействием мкк-рообластей в стенке канала. Тогда повышение амплитуды ТАК есге ственно рассматривать как проявление резонансных эффектов, а центры кипения - как источники вынужденных колебаний. По представлениям

Хаяма, ВТ!. Герлиги и др. ТАК - это упругие автоколебания. По мнению ЕЛ. Нссиса - это явления параметрического резонанса. Существуют представления, что синхронизация центров парообразования наиболее вероятна как резонансный эффект: при приближении к обл.-сги резонанса связанность системы "пузырьки пара - столб жидкости а канале" возрастает.

Существующие физические представления о механизме возникновения звуковой волны в канале, обусловленном процессом кипения, не позволяют однозначно'определить закономерности развития термо; :у-ст:г:ескнх колебаний. Анализ литературных источников привел к • ред-положепшо, что возникновение термоакустнческих колебаний в каналах при наличии границ отражения связано с образованием стоячих волн. В исследуемых у топиях, т.е. при высоких недогревах жидкости и малом паросодсржании (основной вклад в значение паросодержания вносят пузырьки, находящиеся на поверхности теплообмена), явления повышения амплитуды колебаний давления в канале объясняются сближением вынужденных частот пульсаций пузырьков и собственных частот парожнд-. хостного столба жидкости.

Несмотря иа то, что в настоящее время накоплен довольно обширный материал по теоретическому и экспериментальному исследованию термоакустнческих явлений в канале, полученные данные редко удавалось представить в виде обобщенной математической модели процесса. Имеющийся материал в большей степени носит характер рекомендаций, намечающих возможные математические методы для определения акустических характеристик кипения. Из моделей, построенных на разных физических представлениях о причинах генерации ТАК, автор выбрал гидродинамическую модель В.В. Зродникова, основанную иа резонансном характере образования областей с высокой амплитудой колебания давления. Эта модель наиболее полно учитывает расчеты характернстн*: теплообменного процесса, в частности, частоту образования пузырьков пара, которая определяет вынужденную частоту колебаний звуковой волны. На основе теоретических исследований с помощью выбранной модели удалось объяснить различные экспериментальные факты по частотным характеристикам ТАК. Однако, без учета диссипативных эффектов определить значения амплитуд колебаний не удавалось.

Итогом проведенной аналитической работы является обоснование и конкретизация задач развития избранной модели и направлений ее тестирования.

Рторая глава посвящена проблеме моделирования термоакустиче-скнх явлений в исследуемых условиях. Структурно она состоит из двух разделов, в персом из которых пр:годится описан*!.. математической модели ТАК, полученной после апробации входящих в нес зависимостей на данных физического эксперимента. В основу модели положено предположение о резонансном характере термоакустическнх колебаний, возникающих в системе с распределенными источниками вынужденных колебаний.

Основные допущения принятой модели следующие:

• движение теплоносителя рассматривается как одномерное;

• перетечки тепла вдоль канала, термическое сопротивление стенки и ее деформации не учитываются;

• объем паровых пузырен меняется по синусо »шальному закону:

Уи)~Утлх-ехР0а>1) ; (I)

« скорости г, равна скорости звука в неограниченной среде (что всегда вьшолллмо для трубы с жестки;.»! стенками);

• тсилофизичсские свойства теплоносителя меняются незначительно по длине канала;

• распространение волн не зависит от ориентации осп трубы или степени се изогнутости.

Последнее предположение справедливо для "<-чст. узких" труб, для которых выполшшо условие: диаметр трубы с1« 0.61Д. Схематично исследуемый шрогенерирутоишй капал приведен па Рис. 1. '

Рис. 1. Схема парогеиерирующего канала.

Компьютерная программа, реализующая разработанную модель, позволяет получить частотные характеристики колебаний, распределение звукового давления по длине канала и области режнм..ых пара-

метров, для которых вероятно наступление резонанса и, соответственно, повышение амплитуды колебаний. Однако определить абсолютные значения амплитуды невозможно, так как в модели ист учета дисснпативных явлений: в точке совпадения собственной и вынужденной частоты колебаний расчетные зависимости приводили к бесконечному значению амплитуды. Поэтому далее в диссертации проведено исследование основных источников потерь энергии звуковой волны: потери вследствие вязкости и теплопроводности, потеря на входе и выходе канала, рассеяние и поглощение звука на пузырьках пара. Вязкостное поглощение колебательной энергии определялось с учетом особенностей распространения воли в рслаксирующей среде. При распространении звуковых волн, сопровождающихся сжатием и расширением среды, в жидкост-: происходят внутренние процессы, стремящиеся восстановить термодинамическое равновесие. Эти процессы сопровождаются диссипацией энергии, интенсивность которой зависит от соотношения между скоростью сжатия и расширения и временем релаксации. Аналитическое выражение для процесса затухания полны предложено Л .Д. Ландау, и заключается в представлении волнового вектора в виде комплексного числа , мнимая .часть которого и есть коэффициент поглощения. Основная проблема состояла в определении высокочастотной скоро«н звука, для чего необходимо было разобраться с механизмом проявления второй (объемной) вязкости на молекулярном уровне.

Т.к. увеличение высокочастотной скорости звука относительно равновесной объясняется одними и теми же механизмами как для жидкого, так и для газообразного состояния вещества, должно выполняться равенство:

(§&-(£)/*■

Комплекс М на основе такой аналогии определяется отношением полной энергии молекулы, включающей энергию поступательного движения молекул (внешние степени свободы) и колебательных и вращательных движений (внутренние степени свободы), к энергии поступательного движения (внутренние Степени свободы при ат » 1 не учитываются). Этот комплекс зависит от температуры и, например, для воды при температуре 20 °С М = 1,018.

В исследуемых условиях произведение от< 1, т.е. область вынужденных колебаний звуковой волны - низкочастотная. Установление равновесия успевает следовать за изменением плотности в звуковой волне.

Учет вязкостной диссипации в математической модели ТАК после определения высокочастотной скорости звука и решения комплексно •'. уравнения позволил получить значение амплитуды колебания давления в точке резонанса: *

т

где:

В - рСцыУгП [$'т(к(Ь -х))- (сояОсх) - са*(кх„)) -- $'иг(кх)■ (са(к(Ь-хк))~ со$(к(Ь - х)))] / (кБ,) ' (4)

- комплекс, составленный из величии, входящих в соотношение для расчета амплитуды и. практически не зависящих (как показал мапшып .й эксперимент) от коэффициента вязкостного поглощения а

о (5)

На следующем этапе были определены зависимости для расчета потерь акустической энергии на концах канала. Для этого в первую очередь был проведен вывод частотного уравнения для трубы с открытыми концами с учетом потерь энергии н получен коэффициент потерь:

аж/ - агс^(1рСй¥) (б)

После решения задачи о нахождении проводимости У стало возможным определить амплитуду колебания давления и ее значение в условиях резонанса:

В В л)

Совместный учет полученных коэффициентов приводит к следующей форме записи амплитуды колебаний:

И*-7-, ? (8)

^ьиш + + акр>

На основе полученных равнении были составлены программы, по-зво ляющие исследовать в ходе машинного эксперимента степень влияния различных эффектов, приводящих к потерям энергии звуковой вол-

ны. В качестве примера на рис. 2 представлены расчеты, проведенные для натурных каналов с геометрическими параметрами охлаждаемых электронных приборов и реальными режимными параметрами системы охлаждения:

длина канала: диаметр:

координата начала обогреваемого участка:

координата конца огреваемого участка: давление на входе в капал: температура жидкости на входе: плотность теплового потока:

0,667 м 0,04 м 0,5 м 0,625 м 2,2-10» Па 78 °С

1,5-1-8-Ю6 Зт/м-

] 1 пЛ

Рис. I. Расчетные кривые зависимости амплитуды колебании давления от теплового потока с учетом вязкостной диссипации (I), потерь из копнах канал.! (I) и г.эзимляп) глттия днееппатшшых механизмов (3).

Видно, что г.акостная диссипация вносит меньший вклад, чем концевые потери. Наибольшее влияние коэффициентов диссипации проявляется в околорсзинанснон области.

Был^' проведено исследование влияния паровых пузырьков на потерн акустической энергии. Поскольку содержание пузырьков в потоке жидкости крайне мало практически во всем диапазоне изменений режимных параметров, целью данного частного исследования было опрс-кление резонансной частоты пузырька, т.к. наличие даже небольшого

количества резонансных пузырьков приводит к значительному поглощению и рассеянию энергии.

Таблица I

Диаметр пузырька с!, м Первая резонансная частота, ш,. Гц Вторая резонансная частота, ш?, Гц

1,5-10-5 3,75-107 5,66-10'

6,3-ю-4 8,9-Ю5 1,4-106

1,0-10-5 5,7-105 8,9105

1,0-10-: 5,7-104 8,9-10*

В Табл.1 приведены расчетные значения первой резонансно? часто-, ш , которая связана с тепловыми эффектами , возникающими грм движении пузырька и присоединенной массы жидкости, и второй резонансной частоты, определяемой поверхностным натяжением, в зависим -"¡и от диаметра парового пузырька. $

Последнее значение диаметра, приведенное в таблице, уже невозможно в рассматриваемых условиях, но даже в этом случае резонансные частоты более чем на порядок выше частоты колебаний звуковой волны. Как следствие сечение рассеяния и сечение поглощения очень малы,-и интенсивность волны, прошедшей через среду с пузырьками пара, можно считать равной интенсивности падающей волны при значениях объемного паросодержания ф < 0,10. Поэтому в методике расчета амплитудно-частотных характеристик учитывалось влияние вязкостных потерь н потерь на открытых концах канала как основных источников диссипации,

В третьей главе приводятся результаты проверки применимости модели генерации термоакустическнх колебаний с учетом днссипативиых эффектов путем сравнения экспериментальных и расчетных данных. Эксперименты были выполнены на различных экспериментальных стендах с каналами круглого сечения большой длины, на коротких каналах при кипении на проволоке и на каналах прямоугольного сечения. Неудовлетворительный результат сопоставления был получен при расчете амплитудно-частотных характеристик колебаний, обусловленных кипением на , проволоке, что объясняется различием условий распространения колебаний в реальном канале и модельном представлении.

Хорошая сходимость результатов появлялась при сопоставлении с экспериментами, проведенными на каналах длиной 1200 мм и внутренним диаметром 4 мм. Длина обогреваемого участка составляла 500 мм.

На Рис. 3 приведены расчетные н экспериментальные кривые, полученные для трех областей, отличающихся значением массовок скорости.

Рис. 3. Экспсрнмс:ггалы|ые (-и теоретические (-----) крнаые, полученные на длинных (1200. мм) каналах, ш - ^оу.ср гармоники ььтуж-дспных колебаний, п - номер гармоник» собственных колебаний.

1 -р. № = 3160 кг/см2, 2-р-н>- 1535 кг/см3, 3 -/> ■» = 6715 кг/см2„

¿ич чгсх трех слущег; мпдгя!-. пр-'пильно предсказывает области по-

:.;еите п спят;; с неполги-'. учете;; дге-ач'.-1:.а;,;-. . ;а,е:а<:;. ко",•.. данном примере дог те 1 г.I чеилизагьсч а: г '\>и>,::".:ад.: с;.- .. ..;. вязкости и потерь па стенках канал;"». Кроме - ч уч»: ¡ет-а. гармоники, на которой происходэт резонанс. Г:кии;м:> а;;, ный при г.налпзе данного примера • диссипация -»хргии "• .»»гличг м пограничном слое, образуемом на участке, не заадюч стиепно аогт зстпет при увеличении длины канала. Этот механизм диссипации о5г::с.:;;сгс:1 эффектом ачзких сд;.;:гокыл зеди. аоаакках.аа'. л слое между стенкой капали. и :цсГ>ся аа<даосга;а. К.■ : р.'.д-

полагаегся, что энергия звукового импульса, генерируемого ансамблем пузырьков, значительно меньше величины, получаемой по принципу зд-дн'тнвнеет::. В с?язи с этим требуется уточнение длительности ннтен-сиьлосш акуетичеж. активного периода пузырька в условия/» распространения стоячей звуковой водны и влияния г.-узырьхоь, расположенных на соседних цантрдх парообразования. На других экспериментальных каналах эти эффекты менее заметны и, ввиду того, что на практике в устройствах рассматриваемого типа каналы большой длины встречаются редко, на данном этапе в модели не учитывались эти явления.

Для получения амялитудно-частотг.ых характеристик в условиях, наиболее приближенных к реальным, были проведены эксперименты у 1 каналах прямоугольного сечения. Исследовали? т^рводил'ись на канале размером 5 х 3 х 410 мм. Тепловыделяющий элемент, расположенный из одной из сторон канала, равноудален от его концов и представляет собой пластину из фольгироваиного стеклотекстолита размером 3 х 100 мм. Схема рабочего участка приведена па рис. 4.

I V

У/7/ЛI У,У/////ЛI

югр

%ШРХ

- ..... жДч>.

Рис. 4. Схема рабочего участка.

В качестве примера расчета на рис.5 приведены зависимости, полученные для следующих условий:

- давление на входе в канал:

- давление на выходе из канала:

- температура на входе в канал: г скорость потока воды:

- плотность теплового потока:

2-105 па 1.95-105 Па 60'С 3 м/с

(4106 - 7-10* ) Вт/мг

Расчет показывает резонансное повышение амплитуды колебаний для первой и второй гармоники собственных колебаний и первой - вынужденных. Максимальное значение амплитуды - 5.53-105 Па. Второй резонанс (точка В) значительно меньше по величине из-за падения скорости звука ( что также приводит к увеличению коэффициента вязкостных потерь) и частоты собственных колебаний парожидкостпого столба. Сопоставление по частотам в расчете и эксперименте дает удовлетворительные результаты. Расчетная частота основного тона с максимальной погрешностью 15 % совпадает с экспериментальной. Гармоники высших порядков, предсказываемые теоретической моделью, также подтверждаются экспериментом. Распределение давления по длине канала соответствовало первой моде колебаний в области, близкой к резонансу на первых гармониках, что также подтверждается экспериментально.

и

,.и ; ■; (.'.,,. Г,,., - '.^г:; •>'■* <- .г.

- ".ггот;; г- *?.......< .•: ••• :• •< • •■•••

Таким образен, из основании результатом эмполлсикых исспелс-ваний «первые создана методика расчета амглнгудно-члстотных характеристик с учетом диссипатизнш потерь, позволяющая определить области резонанса и л б с о ~~тт гт.тГг ургре"1- эмллмтудм колебаний в этих областях а практически важных случаях, списынасмм.ч гсорсп'чг^ой моделью. Для даяькъйша'о удуиигшш исхих'-''^ рас-сга ампг.птудио - частотных характеристик требуется получение более точных данных о про» цессе генерации зяуха пузырьками пара при действии из них колебаний дзрл^иия полны а хаиале и соеедшк центроэ парэсбразозадия. Кроме тэге, гхг; "олу-генимс д::сс:. зависимое::: могут быт-'< соовя-ии: п<.: теглопос'.ггедгГг. В пераую очередь п-репегги&нмми бинарны-: с^.т-гсп нп сено?» гпетеягячхоля..В настоящее зремя автором получены только полуэмпкричеекме зззггсимостн дяч определения кризиса г»*п;;ссймсла л :1»учецы особе; и-ост: г кипения бинарных смесей а каналах малого «щаметра. Распространение волн з кипящих смесях происходит со значительно большим влиянием дисснпативиых эффектов, что подчеркивает перспективность дальнейшего развития основных положений настоящей работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

!.Для пропюзирозашм термогкусгических двленнй псрспекгизио применение гидродинамической модели преобразования тепловой энергии в акустическою, основанной ип.предстазлсшш о генерации зву*о~ой волны в канале вследствие коллективных эффектов бозникповй:»* к конденсации пузырьков пара, образующихся при кипении подогрето:! жидкости.

2. Теоретическая и экспериментальная оценка тсрмоакустических явлений подтверждает резонансную природу усиления колебаний. При сближении собственных частот колебаний паро^-::дкостного столба и вынужденных частот образования пузырьков на поверхности теплообмена связанность системы возрастает и амплитуда колебаний увеличивается. ''

3. В исследуемой области ТАК, возникающих при повсрхосшо.м кипении жидкости в каналах малого диаметра, днссипатпвныс потери определяются вязкостными эффектами н потерями на открытых концах кала-ла. °

4. Резонансная частота пузырька а потоке отличаются по порядку величин от частоты колебания звуковой волны, п езязи с эти:.« энергия, рас: сенвземзя пузырьками пара, пренебрежимо мала. Расссянз:^ и поглощение энергии пузырьками пара не проявляется в облает;', малых значений паросодер;.:ааня, которые г.^рагсгсрпы да «зуяйгямх кипения иедогргтой жидкости.

5. Полученная математическая модель генерация тсри^п;:уст;п;е;ай колебании в каналах с учетом различных ыеханшмоэ потг<)Ь 5::ерп;п позволяет определить урссгпь амшвгтуды звукссых ксдгЗсишй" ■ а о:;адо-рсзоианснон области, необходимый даа пр»;;гдепл:: ароггпия: ранетов систем охлаждения РЗС.

6. Сравнение экспериментальных и р-счггпых дзшгглд цохгхпэ гдгаат-ность принятой математической ыодгля процесса гокрац:;п ТАК с учетом диссипации энергии акустическим палсиилм, идбжэд:аг1;ыи в исследуемых каналах.

.Основные подожстип диссертации опубликованы в работах:

1. Зродннков В.В., Бошкова ПЛ. Математическое исследование процесса генерации колебаний давления высокой частоты в каиалзх с поверхности;.: »шенне;-: теплоносителя И Вопросы радиоэлектроники, сер. СВР. - 1990, вып.4 - с. 39 - 45.

2. ¡¿оаисова П.Л. Исследование влияния различных видов неустоПчипосш диут.фдгмого потока ни стабильность работы нснарнтел: ной СОТР II ?!опросл радиоэлектроники, сер. ТРТО. - 1591, вып. 4 - с. 23 - 28.

3. Калинин Л.Г., Горбунов И.Л., Бсшкош; 1!.Л. и др. Результат!: экспериментального исследования критических тепловых потеков при иы-мужденном д.иглгеннн теплоиосшсд:: п каналах малого диаметра Н Вопросы радиоэлектроники, се[.ТРТС. - рмп.1 -с. III -115.

4. Бошкоаа П.Л., Зродннков В.В., Калинин Л.Г., Смирнов Г.Ф. Амплн-туды колебаний давления в кантах охлаждения РЭА с учетом вязкостного поглощения звука в жидко:.! теплоносителе // Тепловые режимы и охлаждение радиоэлектронной аппаратуры. - 1994, вып. 1 - 2 -с. 37 - 40.

•5. Бошкова П.Л., Зродннков В.В., Смирнов Г.Ф. Анализ термоакустнче-си..'л язлениа при кипении иедоггстОй жидкости с учетом потерь механической энергии. // Тез. докл. Первой Российской Национальной конференции по теплообмену. Москва, 1994.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С, - высокочастотная скорсс!» звука, Со - рашюиссная скорость зьука. <-> - диаметр пгрегего 1;)-зь.'рька, Г- частота холсбзниГ.. к - во.тновое число, / - мнимая единила, I. -длин* каиглз, I - длина свободного пробста молекул, Р - максимальная амплитуда колебаний звукового давлении, .Бг - площадь поперечного сечения каппа и при-согдииитслы'сго труСо^рсподз,! - вргмг, — - скорость течения жидкости, V - объем лгрОЕС-о пузырька, V - скорость частиц н звуковой юлкг, х- текуш.ш координата, *„-координат- начала кипени*, х*- координата «онаа оСогрезаемого участка. V - проводимость, Z - чист.; центров парообразования, а,„. - коэффициент вязкостной дис-енлании энергии, а«, - коэффициент потерь из концах канала, ?. - длина волны, р-плотность жидкости, т- время релаксации, с- круговая частота вынужденных колебание, Л - от^оьчеине пло.лади канала, на которой происходит кинекне, к общей плошали поверхности канала.

АН0ТАЦ1Я

БошкОва I.JI. Моделюмта тсрмоакусгичиих явищ у парогснсруючнх каналах з ур$»хувашшям втрат мехашчнсн енсрги. Днссртащ'я на здобуггя вчского ступеня кандидата тсхшчннх наук за слсшадьшспо 05.14.05 • тсорстнчн! основк тсплотсхккн, Одсська державна акадсьня холод}', Одеса

Захншаютьея 5 науковкх лраць, як» »мннуюп. результат»! дослсжсш, прощеу генерацн тсрмоакустнчннх когаяань у каналах малого диметру при розвкиешм понгрхмш Kiwimii Teroioitocis. Аналп мехашшнв дпешаци вказус на те, що основний пиесок дають ырлгн, за'яэаш з проявлениям зеувоьо! та oS'cMioi вязк1стз, та втрати на • ¡ни»* ка>;я,-ив. Одержал! косфпнснтк в'язхЧелюТ дисшац» та кшцсбнх втрат. 12ровс;;сис поршнення екепсрЫснталышх зиачеиь амплпудно-чаетотних характеристик та значень, иередбачеиннх модеялю.

Ключсв! слова: нгусмойчивкть, термоакуеншка, кипит», :диг'Ыац1^ енергй, резонанс.

Boshkova, I.L. Mo&Hing of Tlicrmoacoustie l'hcnomctta in Vapour-Getscrating Chacncls Including Mechanical Energy Losses. Candidate of Technical Sciences Thesis in the speciality 05.14.05 -Theoretical Foundamentals of Thernul Engineering.

5 scientific papers are presented for consideration, which contain theTesuits of the study of the thermoacoustic oscillation generation process in channels of small diameters at developed surface boiling of working substance. The analysis of the energy dissipation mechanisms shows that the main contribution is due to the losses caused by viscosity and to the losses at the channel ends. The coefficients of viscosious dissipation and of channel ends losses have been obtained: Comparison is made of the experimental data on amplitude-frequency characteristics and of ones predicted by the developed modct.

Key words: instability, thcrmoacaustic, boiling, energy dissipation, resonance.

1995.

SUMMARY

О