автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка и исследование методов интенсификации теплообмена в испарительной зоне теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя

Московский государственный текстильный университет им. А.Н. Косыгина

На правах рукописи

РГ8 ОД 2 г ДЕК ш

КОРНЕЕВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В ИСПАРИТЕЛЬНОЙ ЗОНЕ ТЕИЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2000 г.

Работа выполнена в Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина на кафедре "Промышленная теплоэнергетика"

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Галактионов Валерий Витальевич

доктор технических наук, профессор Пермяков Борис Андреевич

доктор технических наук, профессор Светлов Юрий Валентинович

Ведущая организация :

ОАО "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского"

г. в /^ча

Защита состоится 2000 г. в / ¿--часов, на

заседании

диссертационного совета . Д 053.25.02 в Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина по адресу: 117918, Москва, М. Калужская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета.

Автореферат разослан №

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

А.Б. Козлов

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. В настоящее время получили широкое распространение теплообменные аппараты, в которых происходит кипение теплоносителя. Подобные теплообменники используются в самых разнообразных теплотехнологических установках текстильной, микробиологической, химической, пищевой, металлургической и в других отраслях промышленности. Они нашли применение в теплоэнергетике, на транспортных установках. Речь идет не только о двухфазных термосифонах, в которых происходит кипение и конденсация промежуточного теплоносителя, циркулирующего внутри замкнутой полости, но и о теплообменниках, из которых пары кипящей жидкости непрерывно удаляются. Эффективность функционирования подобных теплообмешшх аппаратов во многом зависит от интенсивности теплоотдачи в зоне кипения. Это и определило основную цель настоящей работы: разработать конструктивные варианты теплообменных аппаратов, обеспечивающие повышенную интенсивность теплообмена в зоне кипения теплоносителя п инженерные методы их теплотехнического расчета.

Известно что при сравнительно низких значениях плотности теплового потока величина коэффициента теплоотдачи при кипении в "большом объеме' не слишком высока и поэтому может составлять заметную долю в общем термическом сопротивлении процесса теплопередачи. Это существенно снижает эффективность процесса теплообмена даже при кипешш таких теплоносителей, для которых характерны высокие значения коэффициента теплоотдачи при парообразовании, например, таких как вода.

Область умеренных значений плотности теплового потока характерна еще и тем, что кипение в Со .ыном объеме может оказаться просто невозможным, если не достигнута тепловая нагрузка, соответствующая началу закипания данной жидкости. При это?« становится невозможным реализовать саму цель: обеспечить высокую теплоотдачу за счет организации процесса кипения теплоносителя.

Освоение области умеренных тепловых нагрузок, при которых невозможно обеспечить кипение в большом объеме жидкости, соответствует перспективам развития многочисленных видов теплообменной аппаратуры. Меньшее значение плотности передаваемого теплового потока, как правило, позволяет уменьшать температурный напор между теплоносителями в теплообменнике, то есть, приводит к повышению эффективности его работы.

Следует отметить, что в ряде конструкций теплообменных аппаратов с кипением теплоносителя для интенсификации теплоотдачи используют нанесение на поверхность греющей стенки капиллярно-пористого покрытия. Этот метод безусловно перспективен и хорошо себя зарекомендовал в случаях, когда капиллярная структура покрытия не засоряется отложениями, возникающими или за счет разложения в процессе эксплуатации теплообменника самой кипящей жидкости, либо за счет медленных химических реакций мбжду жидкостью и стенкой. Либо такая капиллярная структура может засоряться веществами, поступающими в теплообменник извне вместе с

потоком самой кипящей жидкости. С учетом этих обстоятельств, использование капиллярно - пористого покрытия поверхности теплообмена со стороны кипящей жидкости в делом ряде технических задач оказывается неприемлемым.

В настоящей работе рассматриваются варианты конструктивною исполнения зоны кипения теплоносителя, в которых этот процесс организуется в системе капиллярных щелевых "каналов. С точки зрения увеличения ресурса расчетного режима эксплуатации, этот вариант более неприхотлив и надежен, чем поверхность теплообмена, снабженная капиллярно - пористым покрытием. Выполненные ранее экспериментальные и теоретические исследования ряда авторов показали следующее. Если организовать процесс кипения в узком канале, с величиной щелевого зазора не превышающей величины капиллярной постоянной кипящей жидкости, то можно получить значение коэффициента теплоотдачи в несколько раз большее, чем при кипении в большом объеме при той же тепловой нагрузке. Кроме того, эти исследования показали, что соответственно может быть в несколько раз снижена величина минимальной плотности теплового потока, при которой начинается процесс кипения.

Указанные предпосылки позволили перейти к разработке конструктивных решений по интенсификации теплоотдачи в испарительной зоне теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя и к созданию инженерных методов их расчета.

Диссертация посвящена разработке и исследованию теплообменных аппаратов с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя за счет организации этого процесса в капиллярных щелевых каналах.

! фактическая значимость темы диссертации обусловлена необходимостью создания теплообменных аппаратов с фазовыми переходами тсплоносигеля,, имеющих повышенную интенсивность теплообмена в зоне его кипения.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является: разработка конструктивных решений зоны кипения теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя, обеспечивающих повышенную интенсивность теплообмена за счет организации процесса кипения в капиллярных каналах.

Поставленная цель была достигнута путем решения ряда конкретных научно - технических задач, среди которых можно отметить следующие:

• разработка расчетных соотношений, обуславливающих выбор геометрических параметров каналов, в которых организуется кипение и позволяющих определить интенсивность теплоотдачи при кипении в указанных условиях;

• экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений применительно к кипению в каналах различной геометрии;

• исследование эффективности использования разработанных методов интенсификации теплообмена при кипении в промышленных теплообменных аппаратах с фазовыми переходами теплоносителя.

Научная попита работы состоит в следующем:

• Впервые выполнен обобщенный анализ вариантов конструктивных решений зоны кипення в теплообменных аппаратах с фазовыми переходами теплоносителя, позволяющий обосновать выбор конкретного варианта конструктивного решения, в зависимости от геометрических и режимных параметров создаваемого теплообменного аппарата.

• Разработана модель процесса кипения в капиллярных щелевых каналах, учитывающая влияние истинного объемного наросодержания на характеристики теплообмена.

• Разработаны расчетные соотношения, связывающие гидродинамические и тепловые характеристики кипения жидкости в капиллярных каналах различной геометрии и позволяющие выполнить расчет интенсивности теплоотдачи в указанных условиях.

• Впервые разработаны расчетные соотношения для определения величины критической тепловой нагрузки при кипении жидкости в капиллярных канатах.

• Выполнено поэтапное теоретическое исследование ' взаимосвязи гидродинамики движения одиночных паровых пузырей в обогреваемых капиллярных каналах с гидродинамическими характеристиками развитого двухфазного потока, с характеристиками теплообмена в области пузырькового режима кипения и с геометрическими и режимными параметрами, определяющими наступление кризиса теплообмена при кипении в указанных условиях.

• Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики одиночных пузырей в капиллярных каналах различной геометрии и при различных режимах обогревания стенок капала

• Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики развитого двухфазного потока при кипении в капиллярных каналах.

• Выполнено экспериментальное исследование теплообмена при кипении в вертикальных, наклонных, плоскопаратлельных и кольцевых каналах в случае использования различных схем их питания жидкостью.

• Экспериментально подтверждено, что базовые предпосылки, заложенные в исходную модель кипения в капиллярных каналах, правильно отражают основные закономерности этого процесса, а полученные расчетные соотношения могут быть использованы при конструировании и расчете испарительной .зоны теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя.

• Исследованы варианты приложения результатов проведенного теоретического и экспериментального исследования к конструированию и расчету теплообменных аппаратов с повышенной интенсивностью теплообмена в зоне кипения теплоносителя.

Достоверность н обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации. Справедливость полученных расчетных и экспериментальных результатов основана на

удовлетворительном совпадении расчетных данных с результатами эксперимента, на использовании современных методов и средств проведения опытов и расчетов, на тщательной тарировке средств измерения и на сопоставлении полученных результатов с данными других исследователей. Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании общих концепций настоящего исследования, разработке расчетных соотношений, описывающих гидродинамику и теплообмен при кипении в капиллярных щелевых каналах различной геометрии, в их экспериментальной проверке, участии в разработке конструктивных решений теплообменных аппаратов и их внедрении в промышленности. Практическая ценность работы заключается в следующем:

• Результаты работы позволяют обоснованно выбрать вариант конструктивного решения испарительной зоны теплообменного аппарата с повышенной интенсивностью теплообмена в зоне кипения за счет организации этого процесса в капиллярных канатах и рассчитать их геометрию таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную для расчетной тепловой нагрузки величину коэффициента теплоотдачи. За счет этого интенсивность теплообмена при кипении может быть увеличена в 3- 5 раз по сравнению с интенсивностью теплообмена при кипении в большом объеме при той же тепловой нагрузке. 1

• Результаты работы позволяют рассчитать на основании знания геометрии капиллярного канала величину его критической тепловой нагрузки, что также важно с точки зрения обеспечения эффективности и надежности работы всего теплообменника в целом.

• Результаты работы были использованы: при конструировании и расчете термосифонных рекуператоров для установки непрерывной стерилизации питательной среды внедренных на Бердском заводе биологических препаратов; при конструировании и расчете теплообменных аппаратов для системы предварительного увлажнения ткани перед подачей в машину для влажностно - тепловой обработки ткани и внедрены на Павловопосадской платочной мануфактуре. В результате .внедрения теплообменников с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения достигнута экономия греющего пара, снижена металлоемкость конструкции теплообменников.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и

обсуждались на:

- Всесоюзном теплофизическом семинаре (Новосибирск, 1975 г.); Объединенном научном семинаре но вопросам теплопередачи Московского высшего технического университета, Московского энергетического института, Московского лесотехнического института (Москва 1976 г.);

- 21 - ом Сибирском теплофизическом семинаре по теплообмену и гидрогазодинамике при кипении и конденсации (Новосибирск, 1978 г.);

- 6 - ой Всесоюзной конференции по теплообмену и гидравлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов (Ленинград, 1978 г.);

- 4-ой Всесоюзной конференции по тепломассообмену (Минск, 1984 г.);

- 8 - ой Всесоюзной конференции по проблемам тепломассообмена (Минск, 1987 г.);

- Научных конференциях профессорско - преподавательского состава Московского государственного текстильного университета (1978 - 1998 г);

- Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Москва, 1999 г.).

Публикации. По работе опубликованы 25 научных статей, 4 авторских свидетельства на изобретения, 1 монография.

Структура II объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы, содержащего 168 наименований. Работа содержит 210 страниц текста, иллюстрирована рисунками.

Основное содержание работы. Во Введении обосновывается актуальность и значимость работы, дана общая характеристика проблемы, сформулированы основные цели исследования.

Первая глава. Принципы конструирования и расчета теплообмештх аппаратов с организацией кипения теплоносителя в капиллярных щелевых каналах.

В этой главе определены:

1. Область режимных параметров процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, в которой интенсификация теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя целесообразна;

2. Основные принципы определения формы и размеров щелевых каналов, в которых осуществляется процесс кипения.

На основании выполненного анализа сделан вывод о том, что интенсификация теплоотдачи при кипении нагреваемого теплоносителя дает существенный прирост коэффициента теплопередачи в рекуперативном теплообменнике лишь в случае, когда термическое сопротивление теплоотдачи при кипении значимо по сравнению с суммой остальных термических сопротивлений процесса теплопередачи. Показано, что этот вывод применим не только к рекуперативным теплообменникам, в которых греющий и нагреваемый теплоносители разделены лишь одной поверхностью теплообмена, но и к рекуператорам с кипением и конденсацией промежуточного теплоносителя.

На основе обобщения результатов собственных экспериментальных исследований и исследований ряда других авторов сделаны следующие выводы:

1. Если процесс кипения организован в канале с величиной щелевого зазора не превышающей капиллярной постоянной кипящей жидкости, то интенсивность теплоотдачи существенно отличается от интенсивности теплоотдачи при кипении в большом объеме.

2. В определенном диапазоне геометрических и режимных параметров уменьшение величины щелевого зазора приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи при кипении в 3 - 7 раз.

3. Одновременно с ростом коэффициента теплоотдачи с уменьшением величины щелевого , зазора наблюдается уменьшение плотности теплового

• потока, соответствующей началу закипания жидкости.

4. При прочих равных условиях, уменьшение величины щелевого зазора приводит к уменьшению критической тепловой нагрузки, за которой следует снижение интенсивности теплоотдачи при кипении в щелевом канале.

5. Существенное влияние на интенсивность теплоотдачи при кипении жидкости в щелевом канале может оказывать не только величина щелевого зазора, но и целый ряд других факторов:

• высота и ширина канала,

• его ориентация по отношению к плоскости горизонта,

• является ли канал плоскопаратлельным или цилиндрическим,

• каким образом организовано питание канала жидкостью,

• каким образом производится эвакуация пара из канала.

Следовательно, чтобы создать инженерно обоснованную конструкцию зоны кипения теплоносителя с интенсифицирующими теплоотдачу щелевыми каналами необходимо знать, как повлияет каждый из перечисленных выше факторов на эффективность работы теплообменного аппарата в целом. С этой целью ниже обобщаются результаты работ, по теоретическому и экспериментатьному исследованию и конструированию тешюобменных аппаратов с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя путем организации этого процесса в капиллярных щелевых каналах, выполненных автором в период с 1974 года по настоящее время.

С учетом поставленных задач, разработана приближенная теоретическая модель процесса кипения в щелевых канатах различной геометрии, учитывающая влияние истинного объемного паросодержания, экспериментально проверены ее базовые предпосылки и выведенные расчетные соотношения. В свою очередь, это позволило перейти к разработке конструктивных решений по интенсификации теплоотдачи в испарительной зоне тешюобменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя.

• При физическом описании процесса пузырькового кипения в щелевом канале использована следующая модель.

Щелевой канал образован двумя стенками, которые могут быть плоскопараллельными, коаксиальными или, в общем случае, возможно, имеют и иную геометрию. В случае, если канал является криволинейным, полагаем что радиус его кривизны много больше, чем величина щелевого зазора. • Кроме того, исходим из того, что выполняется условие постоянства плотности теплового потока по высоте и ширине каната. В дальнейшем мы рассмотрим и другой практически важный случай, когда стенка каната является изотермической. В щелевом зазоре, заполненном жидкостью, образуются паровые пузыри, которые в процессе своего роста сплющиваются между

стенками канала и всплывают вверх под действием архимедовой подъемной силы. Паровые пузыри при своем росте сплющиваются между греющими стенками и отдалены от них тонким слоем жидкости. Полагаем, что теплота подводится к пузырям через этот слой посредством молекулярной теплопроводности и расходуется на генерацию пара.

Это предположите обосновано тем, что пленка жидкости, отделяющая паровой пузырь от греющей стенки имеет малое термическое сопротивление, по сравнению с термическим сопротивлением жидкостной пробки, отделяющей пузыри друг от друга вследствие малости своей толщины. Кроме того, площадь поверхности пленки жидкости, отделяющей пузырь от греющей стенки, является главной составляющей площади поверхности сплющенного в канале парового пузыря.

Следовательно, испарение происходит главным образом с поверхности слоя жидкости, отделяющего паровой пузырь от греющих стенок.

Каждый участок стенок, образующий щелевой канал, с течением времени попеременно занят либо паровым пузырем, либо жидкостной пробкой этделяющей пузыри друг от друга. Полагаем, что при наличии парового пузыря теплообмен происходит путем теплопроводности через жидкостную пленку, зтделяющую пузырь от данного участка поверхности стенки канала.

Средний по времени локальный коэффициент теплоотдачи при кипении в целевом канале может быть определен путем интегрирования по времени мгновенного значения коэффициента теплоотдачи.

Дальнейший анализ построен с учетом формулы для определения тачальной толщины жидкостной пленки, оставляемой паровым пузырем на лепке канала, полученной В А Григорьевым и Ю.И. Крохиным

1

71е Уж - кинематический коэффициент вязкости жидкости; и - коэффициент гаверхностного натяжения жидкости; рж - плотность жидкости; Ь - величина целевого зазора; У„ - истинная скорость пара; к{- постоянный коэффициент.

Анализ границ применимости этого уравнения показал, что оно ложет быть использовано в практических расчетах толщины жидкостной тленкн если

ЛЯе* _ „

<р-Ьр

>3-1(Г2, (2)

12-Ь , а-Ь де---ке - модифицированное число Рейнольдса; ч} =-—

тело Лапласа; (р - истинное объемное паросодержание; д - плотность еплового потока; г - теплота парообразования; к - текущая высота от дна санала; А - постоянная, равная 1 если подвод теплоты осуществляется через >дну из стенок канала и равная 2 если теплопередающими являются обе его ;тенки.

Показано что при значении произведения Яе*-£р = 1109 толщина пленки жидкости, отделяющей паровой пузырь от стенки канала при его одностороннем обогревании не превышает 2% от величины щелевого зазора, а при значении комплекса = 8-107 - 5% от величины щелевого зазора

капиллярного канала.

Анализ предпосылок, заложенных в модель процесса позволил получить базовое выражение для осредненного по времени локального коэффициента теплоотдачи при кипения жидкости в капиллярном щелевом канале:

где Я.ж - коэффициент теплопроводности жидкости; р„ - плотность пара.

То что в расчетное уравнение входит величина истинного объемного паросодержания принципиально важно для всего последующего анализа. Задавая соответствующие геометрические характеристики щелевого канала, видоизменяя схему его питания жидкостью, варьируя режим подвода теплоты мы можем активно влиять на характеристики теплообмена при кипении жидкости. В свою очередь, это должно находить свое отражение в конструкции зоны кипения теплоносителя и в методах ее теплотехнического расчета.

Форма и геометрия щелевого канала, используемого для организации кипения в нем жидкости, определяется из следующих соображений.

Форма щелевого канала может быть продиктована формой канала, по которому движется греющий теплоноситель. Например, если необходимо, чтобы греющий теплоноситель двигался в теплообменнике по трубам, то это потребует того, чтобы канал был кольцевым (рис. 1а, б). Если же необходимо чтобы поверхность теплообмена была плоской, то и щелевой канал соответственно потребуется плоский (рис. 1в-н).

Форма щелевого канала также может быть связана с ориентацией поверхности теплообмена относительно плоскости горизонта. Так, если поверхность теплообмена должна быть плоской и вертикальной, то сформированный у такой стенки вертикальный щелевой канал (рис.1в-ж), при прочих равных условиях, позволит обеспечить лучшие условия удаления из него пара. Если же греющая стенка должна быть горизонтальной, то из сформированного у такой стенки плоского горизонтального канала (рис. 1з, и) невозможно удалять пар за счет непосредственного действия архимедовой подъемной силы. Поэтому, чтобы обеспечить отвод пара в этих условиях, необходимы конструктивные элементы, позволяющие производить эвакуацию пара за счет действия силы поверхностного натяжения или иных сил.

Если поверхность теплообмена должна быть плоской и одновременно наклонной, то соответственно формируется наклонный щелевой канал (рис.1к-н), для которого будут выполняться условия, промежуточные между условиями для вертикального и горизонтального каналов. Кроме того, если греющий теплоноситель должен двигаться по вертикальным трубам, то соответственно мы получаем вертикальный кольцевой канал (рис. 1а,б).

(3)

—!-

я ч

ч ч

¥

ж

т~

.4 ' А

Рис.1. Схемы вариантов конструктивного исполнения щелевого канала в испарительной зоне теллообменного аппарата.

Если греющий теплоноситель должен двигаться по горизонтальным трубам, то при формировании кольцевого зазора по всему периметру трубы будет исключена или, но крайней мере, затруднена возможность выхода из щели пара (рис.1 о). Следовательно, по крайней мере, в верхней части такого канала может потребоваться открытый участок, обеспечивающий свободный выход пара (рисЛп, р).

Следует отметить, что при формировании щелевого канала имеется возможность осуществить различные варианты схемы его питания жидкостью. Так, например, щелевой канал может быть закрыт для доступа жидкости снизу, как в вариантах представленных на рис. 1а, в, г, к, м, п. В этом случае жидкость будет поступать в канал сверху, навстречу выходящему потоку пара. Если же канал открыт как в верхней, так и в нижней своей части (рис. 16, е, ж, л, н, р), то за счет действия архимедовой подъемной силы пар будет выходить через верхнюю часть каната, а жидкость будет поступать снизу.

а

Ч

Кроме того, в различных вариантах конструкции испарительной зоны теплообменника может быть предусмотрен подвод теплоты к кипящей в канале жидкости через одну из стенок, образующих щелевой канал (рис. 1а, б, г, ж, и,

0. п, р). В других вариантах исполнения испарительной зоны обе стенки канала могут быть греющими (рис 1в, е, з, к, л).

Ясно, что выбор любого из перечисленных вариантов исполнения испарительной зоны теплообменника будет влиять на гидродинамику двухфазного потока кипящей в канате жидкости, а значит и на величину истинного объемного паросодержания. Как следует из выведенного выше уравнения для расчета локального коэффициента теплоотдачи, выбор варианта конструктивного исполнения испарительной зоны в свою очередь будет сказываться и на интенсивности теплоотдачи.

Кроме выбора конструктивного исполнения щелевого канала, обеспечивающего интенсификацию теплоотдачи при кипении, требуется также определить его рациональные геометрические размеры. Сочетание рационального конструктивного исполнения щелевого канала и его рациональных геометрических характеристик должны позволить получить максимальное значение коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости для конкретных режимных условий эксплуатации теплообменника.

С точки зрения практического применения метода интенсификации теплоотдачи при кипении путем организации этого процесса в капиллярных щелевых каналах важно выявить следующее:

1. Каковы практические варианты конструктивного исполнения зоны кипения теплоносителя, в которых применяются капиллярные щелевые каналы, приемлемые как для потока греющего, так и для кипящего теплоносителя;

2. Каковы практически приемлемые" конструктивные варианты формы теплопередающей стенки, у которой формируется щелевой канат;

3. Каковы возможные варианты ориентации поверхности теплообмена относительно плоскости горизонта;

4. Каковы возможные варианты схемы питания щелевого канала жидкостью, и схемы эвакуации из канала пара;

5. Каким должен быть рабочий диапазон поверхности теплообмена как по возможным значениям плотности передаваемого теплового потока, так и по рабочему давлению греющего и кипящего теплоносителя.

Ответы на эти практические вопросы, в сущности, определяют не только ход разработки конструкции теплообменника, но и в рамках настоящей работы ставят задачи дальнейшего, как теоретического, так и экспериментального исследования.

Далее в первой главе рассмотрены некоторые практические варианты конструктивного исполнения теплообменных аппаратов с организацией кипения теплоносителя в щелевых каналах. Анализ дан применительно к теплотехнологическим аппаратам текстильной и микробиологической промышленности. Показана взаимосвязь этих практических приложений с вариантами конструктивных исполнений зоны кипения, предложенных на рис.1.

Вторая глава. Разработка расчетных соотношений для определения режимных и геометрических параметров зоны кипения теплоносителя с использованием капиллярных щелевых каналов.

Для того, чтобы появилась практическая возможность расчета и конструирования зоны кипения теплоносителя в которой этот процесс организуется в капиллярных щелевых каналах необходимо:

1. Обобщить основные варианты исполнения зоны кипения, снабженной щелевыми каналами таким образом, чтобы для каждой группы каналов было возмЬжно использовать одни и те же расчетные уравнения.

2. Для выделенных таким образом групп каналов необходимо разработать расчетные соотношения, позволяющие рассчитать интенсивность теплообмена при кипении в них жидкости.

'3. Необходимо, чтобы такое теоретическое исследование позволяло поэтапно определить:

• гидродинамику движения одиночных паровых пузырей в щелевом канале;

• истинное объемное паросодержапие в развитом двухфазном потоке в щелевом канале, связав его с гидродинамикой одиночных пузырей;

• значения локальных и средних по поверхности теплообмена коэффициентов теплоотдачи;

• величину критической тепловой нагрузклг.

В случае выполнения такого комплекса исследований появляется возможность анализа преимуществ и недостатков каждого из возможных конструктивных решений зоны теплообменного аппарата, в которой организуется кипение теплоносителя в капиллярных щелевых каналах. В свою очередь, это позволяет обоснованно выбрать вариант исполнения зоны кипения со щелевыми каналами, который наиболее выгоден при решении данной конкретной технической задачи. Упомянутая выше поэтапная проверка расчетных соотношений, начиная с гидродинамики одиночных паровых пузырей, гидродинамических характеристик двухфазного потока и заканчивая соотношениями для расчета коэффициентов теплоотдачи, дает возможность также проверить, работает ли принятая приближенная модель процесса кипения в капиллярных щелевых каналах в различных вариантах их исполнения.

Подобная проверка касается не только разработки расчетных соотношений, описывающих гидродинамику и теплообмен при кипении в щелевых каналах различной геометрии, но также и их опытную проверку. Указанная работа была проведена с привязкой к конкретным техническим решешям теплообменник аппаратов с организацией кипения теплоносителя в системах капиллярных щелевых каналов различной геометрии.

На первом этапе этой работы выполнено теоретическое и экспериментальное исследование гидродинамики одиночных пузырей, всплывающих в капиллярном щелевом канале под действием архимедовой подъемной силы прут отсутствии подвода теплоты к стенкам канала. Это позволило провести сравнительный анализ закономерностей движения одиночных пузырей, сплющенных между стенками канала и закономерностями их движения в случае всплывания в "большом объеме". Кроме того, выявлено.

что форма и скорость всплывания пузыря постоянного объема, всплывающего в капиллярном щелевом канале, в общем случае зависит от сил инерции, вязкости и поверхностного натяжения. В результате теоретического и экспериментального исследования получена следующая модификация уравнения для расчета скорости всплывания одиночного пузыря, предложенного Г. Уоллисом

и, = 1.65^ ■ ¿)05[1 - ехр(- 0.488 - 0.016 • А'т)] ■ [] - ехр(- (75.7 + 4 ■ Во')/76.34)], (4)

где безразмерные комплексы /V, = У■>'! (рх~р„ )рж

Во " = £ • г] {рж - рп )/сг. а эквивалентный радиус пузыря, определяемый как радиус равного по объему цилиндра, высота которого соответствует толщине щелевого зазора. Причем, численные значения постоянных, входящих в уравнение (4) определены из экспериментальных данных.

Опыты проводились в канале, образованном двумя плоскопараллельными стеклянными пластинами длиной 1000 мм и шириной 100 мм при атмосферном давлении. Рабочей жидкостью 'служила вода двукратной дистилляции. В качестве газа для создания пузырей использоватся воздух. Благодаря использованию специальной электронно-оптической системы для измерения предельной скорости всплывания газового пузыря постоянного объема, она измерялась с погрешностью не превышающей 0.5%. Сравнение результатов расчета скорости всплывания одиночных пузырей, выполненных с помощью уравнения (4), с результатами проведеннбго экспериментального исследования показали их удовлетворительное согласование.

Кроме того, было выполнено теоретическое и эксперименгатьное исследование формы всплывающих в щелевом канале одиночных пузырей. Установлено, что, по крайней мере, в своей лобовой части, в сечении параллельном плоскости канала, пузырь имеет форму эллипса с горизонтально расположенной большой осью. Причем, отношение малой оси эллипса к большой зависит от числа Во* и стремится к 1 при числе Во' -» 0. С возрастанием числа Во* указанное соотношение осей эллипса асимптотически стремится к З^15.

Проведенный анализ показал, что закономерности движения пузырей в капиллярном щелевом канате более сложны, чем в большом объеме жидкости. Добавляется еще одна независимая переменная, влияющая на скорость всплывания пузырей - толщина щелевого зазора.

Полученное уравнение для определения предельной скорости всплывания одиночного пузыря в плоскопараллельном щелевом канале удовлетворительно согласуется с опытными данными в диапазоне 2,5 • 104 > Л'т >270; 55 > Во" > 0.1. На следующем этапе работы было выполнено теоретическое и экспериментальное исследование быстрорастущих паровых пузырей, сплющенных между стенками щелевого канала. Увеличение объема пузыря обусловлено непрерывным испарением с поверхности пленки жидкости, отделяющей пузырь от греющей стенки. Поэтому необходимо

исследовать, как влияет быстрый рост парового пузыря, сплющенного между стенками щелевого каната на скорость его всплывания.

Теоретический анализ был построен на рассмотрении суммы сил, действующих на растущий в условиях подвода теплоты от стенок канала и всплывающий паровой пузырь. Было установлено, что история роста и всплывания парового пузыря связана и с начальным периодом его жизни с момента зарождения до сплющивания между стенками канала и до момента, когда подвод теплоты через пленку жидкости, отделяющую пузырь от стенки становится определяющим. В итоге анализа получено уравнение, позволяющее рассчитать скорость всплывания быстрорастущего одиночного парового пузыря всплывающего в обогреваемом канале как функцию высоты его центра от дна канала

„ „ „0.5 ,0.1

г Г ~ С - КС • Н£1 , (5)

где я-гЛгт; Ъ-Ъ-: !;-/У« "'-А4

(?-А)0,5 ' Рж -Г-Рп' ¿1с-11х

V - скорость всплывания пузыря; Рж - термический коэффициент объемного расширения жидкости; ср - ее теплоемкость; постоянная с - 3.25 • 1(Г2.

С учетом взаимосвязи скорости движешя одиночного парового пузыря со скоростью коллективного движения пузырей в развитом двухфазном потоке

Уа=*2'У, (6)

где, согласно многочисленным экспериментальным исследованиям различных авторов

Истинное объемное паросодержание на текущей высоте от дна канала может быть определено как

р =---да

г • р Ь у '

А-ч-Ъ '

Учитывая в уравнеглш (8) результаты (5-7), получаем формулу для расчета локальной величины истинного объемного паросодержания при кипении в тупиковых щелевых каналах

(р= (V ^ „» Л» о» Р г ' ' (9)

, , Г ■ Р„ ■ Рж -О ■ ё ■ Рж -Ср

^ Ч ■ я • лж ■ Рж

После подстановки уравнения (9) в базовую формулу (3) и приведения к критериальному виду, получаем уравнение для расчета значений локального коэффициента теплоотдачи при кипении в капиллярных щелевых канатах тупикового типа, то есть имеющих доступ жидкости только сверху, навстречу потоку пара

где

Л'1/ = к ■

а-Ь

ва-Во- Ие'-

ва =

Я-Ь3

Иа' ■Са5 Ле'5

Яо =

(10)

Яе" =-

«г-А

гП

£ = —; кс =2.27-10"2.

к,

■г • р ■V

ГП ' ж

С целью опытной проверки расчетных соотношений, описывающих гидродинамику одиночных паровых пузырей, гидродинамику развитого двухфазного потока и характеристики теплообмена при кипении в капиллярных щелевых каналах был выполнен комплекс экспериментальных исследований.

Экспериментальная установка предусматривала возможность измерения локальных характеристик теплообмена при кипении жидкости. Это достигались с помощью специатьных измерительных элементов, изготовленных из нержавеющей стали, снабженных соответствующими нагревателями и препарированным термопарами в восьми сечениях по высоте канала. Рабочая высота каждого измерительного элемента составляла 120 мм, а ширина 42 мм. Из таких сменных измерительных элементов образовывалась одна или две греющие стенки щелевого канала.

Для изучения гидродинамики кипения в щелевом канале была предусмотрена возможность фото - и кинорегистрации этого процесса. Это решалось пугем установки в качестве двух или одной из стенок, образующих щелевой канал стеклянной пластины с напыленным на ее поверхность светопрозрачным токопроводящим слоем. При этом мог обеспечиваться как симметричный, так и несимметричный подвод тепла от стенок щелевого канала, с одновременным измерением теплообменных характеристик и визуализацией процесса кипения.

В. связи с необходимостью изучения динамики одино'чных паровых нузырей, установка содержала специальное устройство, позволявшее получать одиночные паровые пузыри и наблюдать за их развитием с момента зарождения. С целью повышения точности измерений, была выполнена предварительная тарировка измерительных систем установки. Также в специальной первой серии опытов были воспроизведены условия кипения в "большом объеме" и произведено сопоставление полученных результатов с опытными данными различных авторов.

Во второй серии опытов производилось Определение характеристик теплообмена при кипении в щелевом канале с использованием двух измерительных элементов. В процессе эксперимента изменялась толщина щелевого зазора, угол наклона плоскости канала к горизонту, тепловая нагрузка

/

измерительных элементов. Были проведены измерения характеристик теплообмена на обеих стенках щелевого канала. Кроме того, использование дополнительных прокладок, размещаемых в канале соответствующим образом, позволило изменять ширину и высоту щелевого канала.

В третьей серии опытов один из измерительных элементов был заменен оптическим стеклом с токопроводящим свегопрозрачным покрытием. На этом этапе работы, кроме снятия характеристик теплообмена, проводилась фото - и киносъемка процесса кипения в щелевом канате. Для того, чтобы обеспечить замеры характеристик теплообмена, как на верхней, так и на нижней стенке канала угол его наклона изменялся в пределах от 0° до 180°. На всех режимах в данной серии опытов выполнялось условие симметрии тепловых потоков от стенок каната. Для анализа результатов исследования кипения в наклонных щелевых каналах использовалось понятие относительной силы тяжести которая определялась как отношение проекции вектора силы тяжести на плоскость каната к ускорению свободного падения.

В четвертой серии опытов в дно каната монтировался искусственный центр парообразования, который давал возможность при малых и умеренных тепловых потоках от стенок щелевого канала получать одиночные паровые пузыри с момента их зарождения. В связи с тем, что пузыри, генерируемые искусственным центром, всплывая, отводили теплоту от стенок каната, естественные центры парообразования подавлялись.

Проводилась киносъемка процесса кипения со скоростью 500 кадров в секунду. Как и в предыдущих сериях опытов изменялась величина щелевого зазора, угол наклона плоскости канала к горизонту и тепловая нагрузка на стенках канала.

Обработка кинопленок четвертой серии опытов дала вошожность определить скорость роста и всплыяания одиночных паровых пузырей. Для каждого режима рассматривалась история жизни 5-7 пузырей. Полученные данные обрабатывались методом наименьших квадратов.

Обработка кинопленок, отснятых в третьей серии опытов, позволила найти величину среднего по времени истинного объемного паросодержания в сечениях канала параллельных его дну при различных режимных параметрах. В связи с проведением киносъемки процесса кипения в капиллярных щелевых каналах, появилась возможность определения величины истинного объемного паросодержания в результате статистической обработки данных, получаемых непосредственно из кинокадров. Первоначально по кинокадрам в соответствующих сечениях канала определялись мгновенные значения истинного объемного паросодержания. Они находились как отношение суммы длин отрезков сечения занятых паром к общей длине сечения канала. Таким образом, через равные промежутки времени обрабатывались 300 кадров кинопленки. Величина осредненного по времени истинного объемного паросодержания определялась как среднее арифметическое от полученных мгновенных значений.

Анализ погрешностей экспериментов выявил следующее. Погрешность определения плотности теплового потока, в зависимости от режимных

параметров, составляла от 3.8 % до 7.7 %. Погрешность определения коэффициента теплоотдачи от 3.9 % до 26.2 %. Погрешность определения истинного объемного паросодержания составляла от 3.9 % до 18.7 %.

На рис. 2 представлено обобщение полученных опытных данных по скорости всплывания , быстрорастущих одиночных паровых пузырей при кипении в капиллярных гцелевых каналах и их сравнение расчетной зависимостью, построенной в соответствии с уравнением (5). На рис. 3 приведено сопоставление опытных данных по величине истинного объемного паросодержания с расчетной зависимостью, построенной в соответствии с уравнением (9). В обоих случаях можно отметить удовлетворительное согласование опытных данных с результатами расчета.

В процессе экспериментов по исследованию гидродинамики двухфазного потока одновременно проводилось измерение характеристик теплообмена на той стенке канала, которая была изготовлена из нержавеющей стали и снабжена системой термопар. Изменение угла наклона плоскости щелевого канала производились таким образом, что стенка щелевого канала, образованная измерительным элементом, находилась как. сверху, так и снизу. То есть угол наклона плоскости канала к горизонту менялся в пределах от 0 до 180 .

10

го 40

80 too

о

У Y it

©о, ® / у D

& 'Л

л

i J

*оо еоо ¿оо too

Рис. 2. Обобщение данных по скорости Рис. 3. Обобщение данных по вели-всплывания одиночных пузырей. чине объемного паросодержания.

Дальнейшие опыты были проведены с использованием щелевого канала, стенки которого образованы двумя измерительными элементами. Сравнение полученных результатов показало, что замена одной из стенок канала обогреваемым оптическим стеклом, не вызывает изменения характеристик теплообмена на другой стенке канала. (

В процессе экспериментального исследования изучались зависимости эффициента теплоотдачи при кипении в щелевом канале от плотности тлового потока со стороны его стенок, толщины щелевого зазора, высоты от а канала и угла наклона плоскости канала к горизонту. Кроме того, :ледовалось влияние на теплообмен широты и высоты канала, а также лношеиие характеристик теплообмена на верхней и нижней стенках канала.

На рис. 4 представлено обобщение некоторых опытных данных по :ледованию теплообмена при кипении воды в тупиковых щелевых каналах и их доставление с данными различных авторов по исследованию кипения в злыпом объеме".

«С м*к я > I4- в +•1 ** »

5. »ЗОИ * а^ 1* а а а ^^ о / о ^ I ч о ч N N * +

><

-\ • о "'а + ф СС. Азту>*> П-ФПМинченко латунь фЗмм +СС%гаа,71влоЗге Л, 'Чикеллц и йС^илАЗ хромирйба'мнаИ л/илю ▼ - /ЧулиЯма * - Маг- /}да*С X. 4 Н Варцшат кии п & ■»втунб ф и мм ТЙ1 7П--и' ■■

о о »V г» • •

^ \ ?=С!й5г Г •

V рг^т! 1.0 и

Г о а

|<0 • а

г,«

Рис. 4. Сопоставление характеристик теплообмена при кипении в капиллярных щелевых каналах с опытными данными различных авторов по кипению в "большом объеме".

Из результатов, представленных на рисунке видно, что интенсивность шообмена при кипении в капиллярных щелевых каналах может быть в 3 - 7 5 выше, чем при кипении в "большом объеме" при той же тепловой нагрузке, «чем, можно заметить, что организовав процесс кипения в вертикальном левом канале с щелевым зазором Ь = 1,0 мм, удается получить трехкратное сличение коэффициента теплоотдачи по сравнению с кипением в "большом ьеме". Если же используется наклонный к горизонту щелевой капал, то тенсивность теплообмена возрастает в 7 раз, по сравнению с гашением в тылом объеме".

Наряду с этим, представленные данные показывают, что кипение в тиллярных щелевых каналах характеризуется существенно меньшими, чем при ении в большом объеме, значениями критической плотности теплового

потока. Так, га приведенных на рис.4 данных видно, что максимально допустима плотность теплового потока при кипении воды при атмосферном давлении капиллярных щелевых каналах составляла (2-10) 104 Вт/м2.

Была проведена серия опытов, по результатам которых определялос соотношение коэффициента теплоотдачи на верхней ае и на нижней ан стенка наклонного щелевого канала при их симметричном обогревании. На рис. представлены зависимости отношения коэффициента теплоотдачи на верхне стенке канала к коэффициенту теплоотдачи на нижней его стенке от числа Бонд при различных углах наклона плоскости канала к горизонту. Можно заметить, чт условие симметрии теплообмена достаточно точно выполняется в случае, есл! Во > 1. Число Во =1 для воды при атмосферном давлении соответствует толщин щелевого зазора 2.5 мм. Дальнейшее увеличение щелевого зазора приводит тому, что коэффициент теплоотдачи на верхней стенке становится выш коэффициента теплоотдачи на'нижней стенке.

Ч г

/ Ц6

ач

г з г б & ю° г зч е в ю' г •

Рис.5. Соотношение коэффициентов теплоотдачи на верхней и нижней стенках канала:® - уЗ= 90 о - /?= 30 □ - >9= 15 Д - /?= 7 V - /?= 3

Соотношения для расчета гидродинамики и теплообмена, полученные выш были выведены исходя из рассмотрения канала неограниченной ширины. В связ: с этим возникла необходимость опытной проверки того, до каких значена ширины канала они применимы. На рис.6 представлены полученные в результат этих опытов экспер и.ие; ггал ы гые зависимости отношения коэффициент теплоотдачи а при данной ширине канала I к коэффициенту теплоотдачи а, при начальной его ширине /0 от безразмерной ширины канала 1/Ь . Как следуе из представленных данных, уменьшение ширины каната, вплоть до определенны; пределов, не оказывает заметного влияния на коэффициент теплоотдачи. Однак дальнейшее уменьшение ширины канала, начиная со значений 1/Ь =20 и ниж< ведет к снижению коэффициента теплоотдачи.

о \

\ -Л,

—•— -40-

6"

аз

гк. оСо

6 ■ \ 1 ) О 1 ■ •

( а' г ^ I 1 о

1 £ 6

го

40

60

&0

/оо

Рис. 6. Влияние ширины канала на коэффициент теплоотдачи. £= 1,0: о - Ь= 1,0 мм, □ -Ь = 1,5 мм,-А - Ь = 2,5мм. 0,259: э - Ь = 1,0 мм, в - Ь = 1,5 мм, А - Ь = 2,5 мм.

еСо

г & «р <

^.....

л Но

о.г а,А о,ч Цб о& /,о

Рис. 7. Влияние высоты щелевого канала на характеристики теплообмена.

£= 1,0: о - Ь = 1,0 мм, □ - Ь= 1,5 мм, А-Ь = 2,5 мм.

£ = 0,259: в - Ь = 1,0мм, В -Ь=1,5мм, А -Ь = 2,5 мм.

Была также выполнена проверка влияния на'характеристики теплообмену бщей высоты щелевого канала. На рис. 7 приведены экспериментальные ависимости отношения локального коэффициента теплоотдачи а при данной бщей высоте канала Н к коэффициенту теплоотдачи а0, соответствующему его ачалъной высоте Н0 от безразмерной высоты канала Н/Н0. Причем, во всех

опытах локальный коэффициент теплоотдачи замерялся на одной и той * фиксированной высоте от дна канала. Как следует из представленных данны: изменение общей высоты канала заметного влияния на локальный коэффициет теплоотдачи не оказывает. Это соответствует и полученным расчеты соотношениям, в которые общая высота канала, как независимая переменная, г входит.

Следующая задача, которая была решена в настоящей работе: разрабогк расчетных соотношений для определения критической тепловой нагрузки пр кипении в капиллярном щелевом канале и их опытная проверка.

В основу расчетной модели кризиса теплообмена при кипении капиллярных щелевых каналах положено то, что пленка жидкости, отделяюще паровой пузырь от стенки канала может существовать на данном элементарно

участке поверхности от момента прохождения верхней границы пузыря л момента т2 прохождения его нижней границы. В течение этого промежуи времени т2 - г, пленка жидкости, существующая на данном участке поверхност стенки канала испаряется, что приводит к уменьшению ее толщины. Критическу] тепловую нагрузку будем связывать с моментом полного высыхания жидкостнс пленки на данном участке стенки канала.

М /2 Ю

8 6

4

г

" 2 4 6 8 Ю 12.

Рис.8. Время существования жидкостной пленки.

Как показал теоретический анализ скорости роста и всплывают паровь пузырей в капиллярном щелевом канале, время существования жидкостш

а« /* г

[се/ /

) / (¡.ю-* н

МП

'Ч о л □ олг /.7 4 3 {8

V • л я 0.92 /.7 4.3 53

/ л

ленки на стенке канала с достаточной точностью может быть определено с омощмо следующего уравнения

СУ

(11)

тс с - постоянная.

Результаты сравнения опытных данных о времени существования идкостной пленки на стенке капиллярного щелевого канала, полученных в гзультате обработки кинокадров скоростной киносъемки процесса, с расчетной тисимостью, построенной в соответствии с уравнением (11), представлены на ис. В. Расчетные значения удовлетворительно согласуются с опытными.

Продолжая теоретический анализ условий полного высыхания жидкостной пенки на греющей стенке канала, получена формула для расчета критической :пловой нагрузки при кипении в плоскопараллельных щелевых каналах

(е постоянная Ак =

Якр = А ■ г ■ Ь -

А3

4 2

V •о • я. 1

ж ~ ж о

(12)

Как показали и результаты экспериментов и результаты теоретического лализа, к кризису теплообмена при кипении в щелевом канале приближают:

1. Увеличите плотности теплового потока.

2. Уменьшение толщины щелевого зазора.

3. Увеличение расстояния ог дна капала.

4. Уменьшение угла наклона плоскости канала к горизонту.

Сопоставление результатов ош-дтов с результатами расчета критической

этловой нагрузки но уравнению (12) показало, что они с достаточной для рактических расчетов точностью согласуются, как, например это следует го анных представленных на рис. 4 и из других последующих графиков, где знесены расчетные зависимости для критической тепловой нагрузки.

Как мы рассмотрели выше, интенсивность теплообмена при кипении ятлоносителя в испарительной зоне геплообменного аппарата может быть эвышена за счет организации этого процесса как в тупиковых щелевых каналах, н< и в каналах открытого типа. Основные варианты конструкций каналов гкрытого типа представлены на рис.1 б,е,ж,л,н,р. В таких модификациях (елевых каналов жидкость может поступать в канат снизу. Поэтому в канале гкрытого типа процесс кипения в нем жидкости отличается тем, что вплывающие под действием архимедовой подъемной силы паровые пузыри злекают за собой вверх и поток жидкости. В результате последняя входит в анал снизу. Подобный результат был невозможен для тупиковых каналов, так ак в них жидкость может поступать только сверху, навстречу потоку пара, качанная особенность питания каналов открытого типа жидкостью накладывает зой отпечаток на гидродинамику процесса кипения в нем жидкости. Поэтому для пределения величины истинного объемного паросодержания при кипении в

щелевом канале открытого типа требуются дополнительные расчетш соотношения.

Выполненный теоретический анализ гидродинамических характериеп парожидкостного потока, движущегося в капиллярном щелевом канале открыто типа, привел к следующему уравнению для расчета локальной величит истинного объемного паросодержания

1

<р =-

1 + + П)

г • р„-Ь

(1

А- ц-к

Следует отметить, что величина скорости жидкости, поступающей щелевой канал снизу Уо в условиях естественной конвекции в общем случ зависит от гидродинамики двухфазного потока внутри самого канала. Тем ) менее, даже первоначальное сравнение между собой базовых уравнений д. расчета истинного объемного паросодержания в тупиковых (8) и открытых (1 щелевых каналах. показывает что, при прочих равных условиях, истин» объемное паросодержание в открытом канале будет меньше чем в Туликове канале. Значит, в соответствии с формулой (10), меньшим должно быть значение коэффициента теплоотдачи.

С практической точки зрения, особый интерес может представлять так; конструкция проточного щелевого канала, в которой гидравлически сопротивление на входе жидкости в канал пренебрежимо мало, по сравнению гидравлическим сопротивлением самого канала. Рассматривая в своей рабо-именно этот случай, Х.К. Курбанов, основываясь на гомогенной моде; течения жидкости в канале, получил уравнение для расчета истинного объемно: паросодержания в проточном щелевом канате

<Р =

1 +

В^г-Ь'-р^-Н

ц-Ь Ь'Г'Рп -уж

1 л

1 +

(1

После подстановки этого результата в базовое уравнение (3) получас уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи в щелевом канале проточно: типа.

Интересно провести сопоставление данных по теплообмену в проточном тупиковом канате, полученных при прочих равных условиях. Некоторь результаты такого исследования представлены на рис. 9. На этом рисую приведены опытные данные различных авторов по кипению воды в больше объеме (те же, что и на рис. 4), а также полученные нами опытные и расчетнь данные по кипению воды в вертикальных щелевых каналах с величиной щелево: зазора Ь = 1,5 мм. Можно заметить, что в обоих представленных вариант! исполнения щелевого канала, значения коэффициента теплоотдачи существен! выше, чем при кипении в большом объеме.

(

Рис.9. Сравнение различных вариантов организации

процесса кипения. Ь= 1.5 мм. □ - тупиковый канал; д - открытый канал.

Видно также, что и в тупиковом и в открытом щелевом канале жидкость закипает при величине плотности теплового потока существенно меньшей, чем в большом объеме. Кроме того, наибольший выигрыш по приросту интенсивности теплообмена достигается в области малых тепловых нагрузок. При увеличении плотности теплового потока выигрыш в приросте интенсивности теплообмена за счет применения тупикового щелевого канала остается примерно тем же, что и при малых тепловых нагрузках. В свою очередь, можно заметить, что выигрыш от применения открытого щелевого канала с ростом тепловой нагрузки ослабевает. Так, в представленных здесь опытных данных, при плотности теплового потока 110 5 Вт/м2 уже нет различия между интенсивностью теплообмена при кипении в открытом канате и при кипении в большом объеме. Также можно заметить, что кризис теплообмена при кипении, связанный со снижением коэффициента теплоотдачи при нарастании тепловой нагрузки, в тупиковом канате наступает несколько раньше, чем в канале открытого типа. Так, из приведенных опытных данных видно, что в тупиковом канале кризисные явления начинались с плотности теплового потока 610 4 Вт/м . В открытом канале снижение интенсивности теплообмена не наблюдается вплоть до величины тепловой нагрузки 1,2 105 Вт/м2.

В последующем анализе, выполненном в главе 2, рассмотрены методы расчета теплоотдачи при кипении в горизонтальном кольцевом зазоре, открытом для доступа жидкости сверху, построены расчетные соотношения для теплообмена в случае, если стенки канала изотермические. Также выполнен анализ влияния изменения толщины жидкостной пленки за счет ее испарения на характеристики теплообмена в области пузырькового кипения в капиллярном

щелевом канале и определена область, в которой это изменение несущественно сравнению с начальной толщиной жидкостной пленки.

На основании материала, изложенного в данной главе можно сделать основных вывода:

1. Основные положения приближенной физической модели процесса кипен теплоносителя в капиллярных щелевых каналах, учитывающей влиян истинного объемного паросодержания, нашли экспериментам подтверждение в наших опытах и в опытах других авторов.

2. Разработанные уравнения для расчета характеристик теплообме] построенные на базе'приближенной физической модели, позволяют выполш конструирование и расчет теплообменников с организацией кипен теплоносителя в капиллярных щелевых каналах.

Глава третья. Анализ и практические приложения методов конструирования расчета теплообменных аппаратов с организацией процесса кипен теплоносителя в капиллярных щелевых каналах.

Учитывая практическую значимость задачи интенсификации теплообмен; зоне кипения, на следующем этапе выполнения настоящей работы бы проведена разработка конкретных конструктивных решений теплообменш аппаратов с кипением теплоносителя в капиллярных щелевых каналах. Эта зада включала в себя не только поиск технических задач, в которых повышен интенсивности теплообмена при кипении теплоносителя дает существен« преимущества, но и исследование того, как влияет видоизменение зоны кипен на конструктивные особенности всего теплообменного аппарата в целом. Кро: того, потребовалось исследование дополнительных факторов, влияющих конструирование и расчет зоны кипения. В частности понадобилось разработа метод осреднения коэффициента теплоотдачи по поверхности. теплообме капиллярного щелевого канала.

Как показал математический анализ полученных уравнений, для расче локальных значений коэффициента теплоотдачи при кипении в капиллярш щелевых каналах, их интегралы не могут быть выражены в элементарш функциях. Для того, чтобы избежать трудоемких методов численно интегрирования, загромождающих программу расчета теплообменного аппара' использован простой метод осреднения коэффициента теплоотдачи поверхности теплообмена, основанный на теореме о среднем значении функции Доказано, что средний по высоте щелевого канала коэффицие теплоотдачи может быть найден с помощью уравнения

где - значение локального коэффициента теплоотдачи, вычисленное п;

максимальном значении текущей высоты канала Ь — Н \ с - постоянш коэффициент, численное значение которого, применительно к рассматриваем' задаче, лежит в интервале от 0.6 до 0.75. На основании исследования все диапазона режимных и геометрических параметров плоскопараллельных щелев! каналов и сравнения с результатами численного интегрирования, предложе использовать в практических расчетах значение постоянной с = 0.643.

(1

Далее в главе рассмотрены некоторые практические приложения езультатов выполненного исследования.

Одна из практических областей, где совершенствование конструкции зоны штения теплоносителя дает ощутимые положительные результаты это епрерывная стерилизация питательной среды в процессах биохимических роизводств. Процесс заключается в том, что питательная среда, перед подачей в иохимический реактор нагревается до 130 - 150°С, выдерживается при этой гмпературе определенное время, а затем охлаждается.

Разработан вариант установки для непрерывной стерилизации с спользованием теплоты, отводимой от питательной среды в процессе хлаждения для ее предварительного подогревания перед подачей в греющую □лонку.

Как показала практика, качественное проведение процесса стерилизации итательной среды возможно лишь при условии, когда питательная среда вижется по каналу постоянного сечения, где нет застойных зон для скапливания ух о го вещества. Вследствие этого для охлаждения питательной среды спользуются теплообменники, в которых питательная среда движется в полости рубы. Соответственно, это требование сохраняется и для элементов конструкции гплообменника, в котором предполагается производить ее нагревание. Поэтому с ачестве теплообменной аппаратуры для регенерации теплоты предложено спользовать систему термосифонных теплообменников с кипением и онденсацией промежуточного теплоносителя. Именно в этом варианте энструкции теплообменника и нагреваемая и охлаждаемая питательная среда вижется внутри трубы, где отсутствуют какие либо застойные зоны для гапливания содержащихся в питательной среде сухих веществ.

С целью конструирования и р^чета термосифонных теплообменников для ггеиерации теплоты в установке непрерывной стерилизации, в которых нтенсификация теплоотдачи при кипении промежуточного теплоносителя остигается за счет использования капиллярных щелевых каналов, выполненных згласно конструктивным схемам, представлешшм на рис. 1п и рис. 1р, была вставлена специальная программа расчета на ЭВМ. В нее соответственно были ключены уравнения для расчета характеристик теплообмена при кипении в (елевых каналах. В итоге была разработана конструкция термосифонного шлообменника поверхность теплообмена которого составляли четыре >ризонтальные трубы, из которых две нижние предназначены для движения эеющеГо теплоносителя. Нижние трубы снабжены кольцевыми вставками 18, с омощью которых организуется процесс кипения в капиллярном кольцевом поре. Через две верхние трубы проходит нагреваемый теплоноситель. Трубный учок был размещен в общем кожухе наружным диаметром 325 мм. При длине гплопередающих труб 4 м. и их наружном диаметре 76 мм., поверхность гплообмена одной секции термосифона составила 1.7 м2.

Принцип действия теплообменника основан на том, что при прохождении грез нижние теплопередакицие трубы греющего теплоносителя, происходит ипение промежуточного теплоносителя, находящегося в полости термосифона.

Образующийся пар поднимается вверх и конденсируется на верхние теплопередающих трубах, внутри которых движется нагреваемый теплоноситель.

Все 8 секций термосифонных теплообменников при их монтаже не Бердском заводе биологических препаратов были соединены последовательно, как по ходу греющего, так и по ходу нагреваемого теплоносителя. В опытном варианте каждая го секций была снабжена термометрами, для замера температур теплоносителей на входе и выходе из теплообменника. Также имелись расходомерные устройства.

0 1 2 3 4 5 6 7

150-

cf

о. &

о,

U

в

110-

100 -

60-

50-

0

• без щелевой вставки - со щелевой вставкой

1 2 3 4 5 6 7

номер секции теплообменника Рис. 12. График изменения температуры теплоносителей.

но

100

60

50

На рис. 12 представлено сопоставление хода температурных графиков для греющего и нагреваемого теплоносителей при отсутствии щелевой вставки в зоне кипения и при ее наличии. Как следует из представленных данных, при наличии щелевой вставки в зоне кипения изменение температуры греющего теплоносителя составило 22 °С. Без вставки при прочих равных условиях его температуре изменялась лишь на 18 °С. Соответственно, нагреваемый теплоноситель прг наличии щелевой вставки в зоне кипения промежуточного теплоносителя изменил свою температуру на 24 °С. Без вставки это изменение составило лишь 19 °С. Таким образом, штгенсификация теплообмена в зоне кипеню промежуточного теплоносителя в процессе регенерации теплоты в установке непрерывной стерилизации дало возможность увеличить утилизируемы? тепловой поток с 458.4 кВт до 570 квт, то есть получить прирост экономит теплоты на 24 %.

Следующий этап работ по практическому использованию теплообменных парагов с интенсификацией теплообмена в зоне кипения теплоносителя был язан с совершенствованием режимных и конструктивных параметров машин я влажностно - тепловой обработки тканей, созданием устройства для ее »едварительного увлажнения и испытаниями на Павловопосадской платочной шуфактуре.

Для того, чтобы характерное для предприятия снижение давления греющего 1ра не оказывало отрицательного влияния на работоспособность устройства !едварительного увлажнения ткани и с целью снижения металлоемкости 1нструкции, был применен способ интенсификации теплообмена при кипении за :ет организации этого процесса в капиллярном щелевом канале. Использованная шструктивная схема теплообменника для выпаривания конденсата ответствует варианту конструктивного исполнения, представленному на [с. 1п. Отличительной особенностью усовершенствованного варианта

•нструкции теплообменника для выпаривания конденсата является то, что юцесс кипения жидкости в нем происходит в кольцевом зазоре, образованном »аксиальной вставкой и трубой, внутри которой движется греющий пар.

Это конструктивное решение было осуществлено при создании устройства >едваригельного увлажнения ткани на входе в зрелькик 33-180 Ш. Наружный таметр паровой трубы - 34 мм, а внутрешшй - 28 мм.

Было выполнено сравнение теплопередающей способности теплообменника, [абженного щелевой вставкой и конструктивного варианта с оргашоацией шения в большом объеме, которое показало, что коэффициент теплоотдачи при

тении без использования щелевой вставки составлял о.и- 2300 Вт/(м2К).

ээффициент теплопередачи в теплообменнике без щелевой вставки составил к -'30 Вт/(м2К). При длине теплопередающей трубьг 1.9 м. это соответствовало ¡редаваемому тепловому потоку (2 = 3.46 кВт.

Второй вариант соответствовал конструкции теплообменника с ¡ганизацией кипения жидкости в щелевом канале. При щелевом зазоре = 1 10 _3 м., получена величина коэффициента теплоотдачи (X - 8 10 3 г/^К) и коэффициента теплопередачи к- 3690 Вт/(м2К). При длине :плопередающей труоы 1.9 м, это соответствовало передаваемому тепловому угоку = 7.38 кВт.

Таким образом установлено, что в рассматриваемой техшгческой задаче, эганизация процесса кипения жидкость в капиллярном щелевом канале дало (сличение теплопередающей способности теплообменника в 2.1 раза. Это как в тот случай, когда интенсификация теплоотдачи в зоне кипения приносит шболее ощутимые результаты в связи с повышенными значениями юффициента теплоотдачи при конденсации движущегося в трубе со завнительно большой скоростью пара.

Организация процесса кипения жидкости в капиллярном щелевом канале эзволила в данном случае вдвое сократить металлоемкость теплообменного тпарата.

В технологии текстильного производства, в частности в машинах , влажностно - тепловой обработки текстильных материалов нашли широ применение рекуперативные теплообменники, в которых греющий теплоносит водяной пар, а нагреваемый - кипящая вода, имеющая давление близко« атмосферному.

Разработка нового варианта конструктивного решения теплообмена подобного типа возникла в связи с созданием парогенератора устройс предварительного увлажнения ткани на входе в восстановительный зрелы Павловопосадской платочной мануфактуры. В задачу конструирования вход] создание простого и компактного теплообменника, обладающего повышеш геплопередающей способностью и обеспечивающего устойчивое кипе] нагреваемой воды и при снижении давления греющего пара вплоть до 1.6 бара.

Поставленная задача решена за счет организации процесса кипения вод] системе щелевых каналов. Применена конструкция, сочетающая в себе каната двухсторонним и односторонним обогреванием стенок. Для каналов, имеюи двухсторонний обогрев стенок возможно осуществление любого из следующ указанных на рис. 1 вариантов конструктивного исполнения: в, е, з, к, л.

Для каналов с одной греющей стенкой, предусмотрено использова( любого из указанных на рис. 1 конструктивных вариантов: г, ж, м, н, и.

Величина щелевых зазоров, в результате расчетов, выполненных разработанным уравнениям, была выбрана равной Ь = 1.5 мм. Такая геомет{ поверхностей теплообмена позволила получить приращение коэффищш теплоотдачи при кипении до 3 - 5 раз (в зависимости от режима рабо теплообменника) по сравнению с кипением в " большом объеме".

В процессе создания рассмотренного выше теплообменного аппар. возникла необходимость сравнит!, его теплообменные характеристики характеристиками рекуператора выполненного по обычному варианту, то есть ( интенсификации теплоотдачи в зоне кипения.

При проведении анализа конечной целью было сравнение коэффициеш теплопередачи и разностей температур теплоносителей в теплообменш обычной конструкции и в теплообменнике с организацией процесса кинет» капиллярных щелевых каналах. На рис. 15 представлены зависимое коэффициента теплопередачи и температурного напора между теплоносителя \ от плотности передаваемого теплового потока.

Здесь вертикали Нш Н0 обозначают плотности теплового пото: соответствующие началу закипания жидкости при кипении в щелевом канале I "большом объеме". Вертикаль Кщ соответствует критической тепловой нагруз при кипении в щелевом канале. Можно заметить, что во всей рабочей облас теплообменник с организацией кипения в щелевых каналах имеет- существен лучшую теплопередающую способность. Так, при плотности теплового потока = 60000 Вт/м2, коэффициент теплопередачи в теплообменнике, снабжен» щелевыми каналами равен 5200 Вт/(м2 К), а в теплообменнике, где о отсутствуют - 2800 Вт/(м2 К): Соответственно, при плотности теплового потоке Я = 14000 Вт/м2 коэффициент теплопередачи при наличии щелевых каналов рав 4930 Вт/(м2 • К), а без них 1560 Вт/(м2 К).

^ ^, °С к, Вт/(м2К)

1000 ЮООО 100009

Рис. 15. Характеристики теплопередающей способности теплообменника.

Таким образом, теплопередающая способность теплообменника, габженного щелевыми каналами в зоне кипения во всем диапазоне рабочих :пловых нагрузок в 1.8-3.1 раза выше, чем у теплообменника с организацией тения жидкости в "большом объеме". Зависимости разности температур »еющего и нагреваемого теплоносителей от величины тепловой нагрузки, эедставленные на этом же графике также показывают существенные эеимущества теплообменника, снабженного щелевыми каналами в зоне кипения.

Одной из важных практических задач, возникающих при создании удобного теплообменного аппарата, является определение влияния ориентации госкостей капиллярных щелевых каналов на теплопередающую способность :его теплообмешшка в целом. Наклон плоскостей щелевых каналов к горизонту эжет оказаться необходимым по различным конструктивным и :плотехническим соображениям. Например, он может быть необходим для :гулирования теплопередающей способности теплообменника путем вывода 1сти щелевых каналов в паровое пространство при минимальном снижении ювня жидкости. При вертикальном положении каналов, такая регулировка сазалась бы невозможной, так как условия питания всех каналов жидкостью »хранились бы одинаковыми, а эрлифтовый эффект не позволил бы тонко :гулировать площадь поверхности теплообмена, участвующую в процессе плопередачи.

На основании выполненного исследования характеристик теплообменного шарата для парогенерирующего устройства системы предварительного »лажнения ткани получены следующие результаты:

1. Уменьшение угла наклона плоскостей щелевых каналов теплообменника которых осуществляется кипение нагреваемой воды, приводит к возрастай общего термического сопротивления всего теплообменника в целом. Г связано с тем, что термическое сопротивление теплоотдачи при конденсат греющего пара в рассматриваемых условиях растет быстрее, чем снижае термическое сопротивление теплоотдачи при кипении нагреваемой жидкост]

2. Этот прирост суммарного термического сопротивления наиболее заметен I больших тепловых нагрузках;

3. В диапазоне углов наклона плоскостей щелевых каналов к горизонту от 90( 30° суммарное термическое сопротивление , теплообменника остае практически постоянным.

Указанные выводы справедливы для конденсации при малых скоростях движе!

пара, когда его взаимодействие с пленкой стекающего по поверхно

теплообмена конденсата несущественно. Конструкция разработанн

теплообменника как раз соответствует этому случаю.

Основные результаты и выводы.

1. Выполнен обобщенный анализ вариантов конструктивных реше! теплообменных аппаратов с фазовыми переходами т^плоносите позволяющих интенсифицировать теплообмен в зоне кипения теплоносит путем организации этого процесса в капиллярных щелевых канат Обоснован выбор конкретного варианта конструктивного решения, зависимости от геометрических и режимных параметров создаваем теплообменного аппарата.

2. Разработана модель процесса кипения в капиллярных щелевых кшш учитывающая влияние истинного объемного паросодержания характеристики теплообмена. Выявлено, что при прочих равных условт видоизменяя геометрические параметры щелевых каналов и схему их пита] рабочей жидкостью можно изменять величину истинного объемн паросодержания, тем самым, влияя на интенсивность теплоотдачи ] кипении.

3. Разработаны практические варианты конструктивных решений зоны кипе: теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносит« обеспечивающие повышенную интенсивность теплообмена за с организации процесса кипения в ^сапиллярных щелевых каналах.

4. Разработаны расчетные соотношения, позволяющие осуществ обоснованный выбор геометрических размеров каналов, в кото{ организуется кипение и позволяющие определить интенсивность теплоотд при кипении в указанных требованиями эксплуатации тегшообменн условиях.

5. Выполнены анализ и опытное исследование границ применимости расчет! соотношений по следующим параметрам:

• по гидродинамическому режиму движения парожидкостной смеси в каш начиная с которого рост скорости пара в канале приводит к повышет интенсивности теплоотдачи;,

• по относительной толщине жидкостной пленки оставляемой паровым пузырем на стенках канала;

• по соотношению ширины и толщины щелевого зазора;

• по симметрии характеристик теплообмена на верхней и нижней стенке канала, в случае, когда его плоскость наклонена к плоскости горизонта;

• по величине критической тепловой нагрузки, начиная с которой увеличение плотности теплового потока приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи;

• по влиянию изменения толщины жидкостной пленки, отделяющей паровой пузырь от стенки канала за счет ее испарения.

. Выполнена поэтапная экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений, включая опытное исследование движения одиночных пузырей, исследование гидродинамики двухфазного потока и исследование характеристик теплообмена.

. Проанализирована взаимосвязь схемы питания щелевого каната жидкостью с характеристиками теплообмена. Расчетным и экспериментальным путем показано, что в конструктивных исполнениях, предусматривающих поступление жидкости в канал снизу, интенсивность теплоотдачи меньше, чем в тупиковых каналах.

. Показано, что организация процесса кипения теплоносителя в капиллярных щелевых каналах дает возможность повысить коэффициент теплоотдачи в области умеренных тепловых нагрузок в 3-5 раз по сравнению с коэффициентом теплоотдачи при кипении в большом объеме.

. Результаты, работы использованы при конструировании и расчете промышлешшх теплообменников с кипением теплоносителя и внедрены на Бердском заводе биологических препаратов и на Павловопосадской платочной мануфактуре, что привело к увеличению теплопередающей способности теплообмепных аппаратов и к снижению их металлоемкости.

)сновное содержание работы отражено в 30 публикациях, включая 1

юнографию и 4 авторских свидетельства, в том числе:

. Корнеев С.Д. Интенсификация теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя. В кн.: Вопросы повышения эффективности систем и аппаратов промтеплоэнергетики. / Под ред. A.C. Охотина. - М.: Компания Спутник +, 2000. - с. 4 - 47.

. Леонтьев А.И., Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Роль микропленки при кипении жидкости в условиях ослабленной гравитации. / Сб. "Нелинейные волновые процессы в двухфазных средах": АН СССР, СО, институт теплофизики, Новосибирск, 1977, с. 266-275.

. Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Влияние схемы питания на гидродинамику и теплообмен при кипении в щелевом канале. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №2, М.,1978,

. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Приближенная теория теплообмена и гидродинамики при кипении в стесненных условиях. / Сб. "Теплообмен и

гидрогазодинамика при кипении и конденсации": АН СССР, СО, инстит; теплофизики, Новосибирск, 1979. - с. 215,216.

5. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Пирогов E.H. Теплообмен и гидродинамика щ кипении в узких щелевых зазорах с изотермическими стенками. // Извест! ВУЗов "Машиностроение", №2, М.,1981. - с. 80-85.

6. Леонтьев А.И., Охотин A.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. К расчег характеристик теплообмена при кипении в щелевых каналах. / Материалы 7-( всесоюзной конференции по тепломассообмену. Том 4, часть 2, Минск, 1984 с. 119-124.

7. Корнеев С.Д. Использование теплообменных аппаратов с интенсификащи теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя в машинах для влажностно тепловой обработки текстильных материалов. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.200 №2456. -6 с.

8. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Леонтьев А.И., Пирогов E.H. Теплообмен п] кипении R12 и R22 в узких щелевых каналах при постоянной температу теплопередающейповерхности. //Холодильная техника, 1983, №2 с. 46 - 49.

9. Leontjev A.I., Ochotin A.S., Komeev A.D., Korneev S.D. Characterises desion heat transfer for boiling in aperture canal. Heat transfer. Soviet researen, 1985, v. 1 №2, p. 101-108.

Ю.Корнеев С.Д. О расчете среднего коэффициента теплоотдачи при кипеш жидкости в капиллярных щелевых каналах. Деи. в ВИНИТИ, 21.09.20С №2459. - 6 с.

11.Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Использование теплопередающих аппаратов интенсификацией теплообмена в зоне кипения промежуточного теплоносите для регенерации тепла в установках непрерывной стерилизации питательн среды. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.2000, №2455. - 6 с.

12.KopHeeiî С.Д., Курбанов Х.К. Кожамсеигова P.C. Метод расчета теплов! характеристик испарительного термосифона на ЭВМ. // Известия АН ТСС 1990, №5. -с. 50-53.

13.Корнеев С.Д. Варианты организации питания ванны пароуморфе восстановительного зрельника конденсатом греющего пара. В сб. тезис докладов Всероссийской научно-технической конференции "Современн технологии и оборудование текстильной промышленности". -М.: МГТУ, 20( -с. 155, 156.

И.Охотин A.C., Корнеев С.Д., Марюшин Л.А.,'Воронович С.А. Теплопередач! парогенерирующем теплообменнике в случае организации кипен теплоносителя в наклонных щелевых каналах. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.201 №2457. -10 с.

15.Охотин A.C., Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Воронович С.А. Сравните л ьи анализ теплообменных характеристик парогенерирующего теплообменник: интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя. Деп. ВИНИТИ, 21.09.2000, №2460. - 10 с.

16.Корнеев С.Д. Применение теплообменного аппарата с интенсификащ теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя в составе парогенерирующ<

устройства' системы предварительного увлажнения ткани перед зрелением. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.2000, №2458. - 3 с.

7.Леонтьев А.И., Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Исследование теплообмена при кипении водных растворов 'этанола в щелевом канале. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №3, М.,1977. - с. 85 - 87.

8. Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Исследование скорости всплытия паровых пузырей в щелевом канале. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №9, М.,1977. - с.41 -44.

9. Леонтьев А.И., Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Исследование характеристик теплообмена при кипении в плоскопараллельном щелевом канале водных растворов этанола. В сборнике "Вопросы теплопередачи". Научные труды Московского лесотехнического института, вып. 102, М., 1977. -с. 98-108.

0. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Исследование движения одиночных газовых пузырей в плоскопараллельных щелевых каналах. Сборник научных трудов Московского энергетического института, №133, М.,1987. - с. 19 - 27.

1. Охотин A.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Исследование теплообмена в биологическом реакторе. Труды VIII всесоюзной конференции по проблема: ! тепломассообмена. Минск, 1987. - с. 78- 82.

2. Корнеев С.Д., Курбанов Х.К., Кожамсеитова P.C. Форма и скорость всплывания газовых пузырей в капиллярном щелевом канале в области малых

■ чисел Рейнольдса. // Известия АН ТССР, 1990, №6. - с. 29 - 33.

3. Складнее A.A., Карпов A.M., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Александров B.C. Исследование высокоэффективных теплоотводящих устройств лабораторных ферметеров.// Труды Академии наук ГДР, 1979. - с. 275 - 279.

4. Корнеев С.Д., Первак Г.И. Разработка термосифонного рекуператора в системах использования ВЭР // Текстильная промышленность, 1994, №7 — 8. -с. 54-55.

5. Корнеев С.Д., Первак Г.И. Использование теплоты отработавшей паровоздушной смеси сушильных машин // Текстильная промышленность, 1992, №9. -с. 32-33.

6. Корнеев С.Д., Первак Г.И. Тепловой расчет системы термосифонных рекуператоров - утилизаторов тепла паровоздушной смеси сушильных машин . // Текстильная промышленность, 1994, №1. — с. 38-39.

:7.А.с. 825630 СССР, М.Кл.3 С 12 М 1/0 2. Аппарат для выращивания микроорганизмов. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Беляев В.Д.,Калунянц К.А. и др. Опубл. 30.04.81. Бюл. №16. :8.А.с. 808827 СССР, М. Кл.3 F 28 D 15/00. Тепломассообменный аппарат. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Беляев В.Д.,Калунянц К.А. и др. Опубл. 28.02.81. Бюл. №8.

[9.A.c. 951060 СССР, М. Кл.3 F 28 D 15/00. Термогравитационная тепловая труба.Карассв B.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Леонтьев А.И. и др. Опубл. 15.08.82. Бюл. №30.

!0,А.с. 549675 СССР, М. Кл.3 F 28 D 15/02. Теплообменный аппарат. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Карасев B.C. Опубл. 23.11.89. Бюл. №43.

Список обозначений.

Введение.

Глава I. Принципы конструирования и расчета теплообменных аппаратов с организацией кипения теплоносителя в капиллярных щелевых каналах.

1.1. Определение области режимных параметров процесса теплопередачи в теплообменном аппарате, в которой целесообразна интенсификация теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя.

1.2. Предпосылки использования в теплообменных аппаратах конструктивных элементов, образующих щелевые каналы в зоне кипения теплоносителя.

1.3. Базовые положения для создания теплообменников с организацией кипения жидкости в капиллярных щелевых каналах.

1.4. Модель процесса кипения в щелевом канале.

1.5. Основные соотношения для расчета теплоотдачи при кипении в капиллярных щелевых каналах.

1.6. Анализ основных вариантов конструктивного исполнения щелевых каналов для организации кипения в них жидкости.

1.7. Примеры конструктивного исполнения теплообменных аппаратов с организацией кипения жидкости в капиллярных щелевых каналах.

Глава 2. Разработка расчетных соотношений для определения режимных и геометрических параметров зоны кипения теплоносителя с использованием капиллярных щелевых каналов.

2.1. Общие положения теоретического анализа процесса кипения жидкости в тупиковых щелевых каналах.

2.2. Исследование закономерностей движения одиночных пузырей в плоскопараллельных щелевых каналах.

2.2.1. Исследование формы и скорости всплывания одиночных пузырей, сплющенных между стенками щелевого канала.

2.2.2. Анализ гидродинамики быстрорастущих одиночных паровых пузырей сплющенных между стенками щелевого канала.

2.3. Взаимосвязь гидродинамики одиночных паровых пузырей с гидродинамикой и теплообменом при развитом кипении в тупиковом щелевом канале.

2.4. Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена при кипении жидкости в тупиковых щелевых каналах.

2.4.1. Экспериментальная установка и методы исследования.

2.4.2. Экспериментальное исследование гидродинамики двухфазного потока при кипении жидкости в щелевых каналах.

2.4.3. Экспериментальное исследование влияния дополнительных геометрических характеристик щелевого канала на теплообмен при кипении в нем жидкости.

2.5. Разработка соотношений для расчета критической тепловой нагрузки при кипении в капиллярных щелевых каналах.

2.6. Базовые соотношения для расчета теплоотдачи при кипении в щелевых каналах открытого гигт.

2.7. Расчет характеристик теплообмена при кипении в горизонтальном кольцевом зазоре.

2.8. Построение расчетных соотношений для процесса кипения в щелевых каналах с изотермическими стенками.

2.9. Построение расчетных соотношений, учитывающих изменение толщины пленки жидкости, отделяющей паровые пузыри от стенки за счет ее испарения.

Глава 3. Анализ и практические приложения методов конструирования и расчета теплообменных аппаратов с организацией процесса кипения теплоносителя в капиллярных щелевых каналах.

3.1. Метод осреднения коэффициента теплоотдачи по поверхности теплообмена в зоне кипения теплоносителя.

3.2. Опыт конструирования и использования теплопередающих аппаратов с интенсификацией теплообмена в зоне кипения промежуточного теплоносителя для регенерации тепла в установках непрерывной стерилизации питательной среды.

3.2.1. Постановка задачи регенерации теплоты в установке для непрерывной стерилизации питательной среды с использованием термосифонных рекуператоров.

3.2.2. Метод расчета тепловых характеристик испарительного термосифона на ЭВМ.

3.2.3. Конструкция термосифонного теплообменного аппарата для регенерации теплоты в установке непрерывной стерилизации питательной среды и результаты его промышленных испытаний.

3.3. Практика конструирования и использования теплообменных аппаратов с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя в машинах для влажностью - тепловой обработки текстильных материалов.

3.4. Анализ результатов конструирования и расчета парогенерирующего теплообменника с организацией кипения жидкости в системе капиллярных щелевых каналов.

3.5. Анализ характеристик теплообмена парогенерирующего теплообменника в случае организации кипения теплоносителя в наклонных щелевых каналах.

В настоящее время получили весьма широкое распространение теплообменные аппараты, в которых происходит кипение теплоносителя. Подобные теплообменники используются в самых разнообразных теплотехнологических установках текстильной, микробиологической, химической, пищевой, металлургической и в других отраслях промышленности. Они нашли применение в теплоэнергетике, на транспортных установках. Речь идет не только о двухфазных термосифонах, в которых происходит кипение и конденсация промежуточного теплоносителя, циркулирующего внутри замкнутой полости, но и о теплообменниках, из которых пары кипящей жидкости непрерывно удаляются. Эффективность функционирования подобных теплообменных аппаратов во многом зависит от интенсивности теплоотдачи в зоне кипения. Это и определило основную цель настоящего труда: разработать конструктивные варианты теплообменных аппаратов, обеспечивающие повышенную интенсивность теплообмена в зоне кипения теплоносителя и инженерные методы их теплотехнического расчета.

Актуальность работы. Прежде всего, следует выделить области, в которых задача интенсификации теплообмена в зоне кипения теплоносителя приобретает наиболее важное значение. Одна из таких областей связана с режимными параметрами процесса теплопередачи в зоне кипения. Известно [1,2,3], что величина коэффициента теплоотдачи при кипении существенно зависит от плотности передаваемого теплового потока. При сравнительно низких значениях плотности теплового потока величина коэффициента теплоотдачи при кипении в большом объеме не слишком высока и поэтому может составлять заметную долю в общем термическом сопротивлении процесса теплопередачи. Это существенно снижает эффективность процесса теплообмена даже при кипении таких теплоносителей, для которых характерны высокие значения коэффициента теплоотдачи при парообразовании, например, таких как вода.

Область умеренных значений плотности теплового потока характерна еще и тем, что кипение в большом объеме может оказаться просто невозможным, если не достигнута тепловая нагрузка, соответствующая началу закипания данной жидкости. При этом становится невозможным реализовать саму цель: обеспечить высокую теплоотдачу за счет организации процесса кипения теплоносителя. 8

Тогда, в случае если отсутствует вынужденное движение жидкости, мы получаем естественную конвекцию однофазной среды у поверхности теплообмена и, как следствие, весьма низкие значения коэффициента теплоотдачи.

Следует отметить, что освоение области умеренных тепловых нагрузок, для которых невозможно обеспечить кипение в большом объеме жидкости, соответствует перспективам развития многочисленных видов теплообменной аппаратуры. Меньшее значение плотности передаваемого теплового потока, как правило, позволяет уменьшить температурный напор между теплоносителями в теплообменнике, то есть, приводит к повышению эффективности его работы.

Особую актуальность задача интенсификации теплоотдачи при кипении приобретает при организации процесса кипения многочисленных хладоагентов и ряда других теплоносителей. Для них характерные значения коэффициента теплоотдачи при кипении в большом объеме сравнительно невелики, что существенно снижает суммарное значение коэффициента теплопередачи.

Следует отметить, что в ряде конструкций теплообменных аппаратов с кипением теплоносителя для интенсификации теплообмена используют нанесение на поверхность теплообмена со стороны кипящей жидкости капиллярно-пористого покрытия [4,5,6]. Этот метод безусловно перспективен и хорошо себя зарекомендовал в случаях, когда капиллярная структура покрытия не засоряется отложениями, возникающими или за счет разложения в процессе эксплуатации теплообменника самой кипящей жидкости, либо за счет медленных химических реакций между жидкостью и стенкой. Либо такая капиллярная структура может засоряться веществами, поступающими в теплообменник извне вместе с потоком самой кипящей жидкости. Кроме того, нанесенное на поверхность теплообмена капиллярно-пористое покрытие может интенсифицировать теплоотдачу при кипении только в том случае, когда оно на протяжении всего периода эксплуатации теплообменник хорошо смачивается кипящей жидкостью. С учетом этих обстоятельств, использование капиллярно - пористого покрытия поверхности теплообмена со стороны кипящей жидкости в целом ряде технических задач оказывается неприемлемым.

В настоящей работе рассматриваются варианты конструктивного исполнения зоны кипения теплоносителя, в которых этот процесс организуется в системе капиллярных щелевых каналов. С точки зрения увеличения ресурса расчетного режима эксплуатации, этот вариант 9 более неприхотлив и надежен, чем поверхность теплообмена, снабженная капиллярно - пористым покрытием. Выполненные ранее экспериментальные и теоретические исследования ряда авторов [ 7, 8, 9, 10 ] показали следующее. Если организовать процесс кипения в узком канале, с величиной щелевого зазора не превышающей величины капиллярной постоянной кипящей жидкости, то можно получить значение коэффициента теплоотдачи в несколько раз большее, чем при кипении в большом объеме при той же тепловой нагрузке. Кроме того, эти исследования показали, что соответственно может быть в несколько раз снижена величина минимальной плотности теплового потока, при которой начинается процесс кипения.

Указанные предпосылки позволили перейти к разработке конструктивных решений по интенсификации теплоотдачи в испарительной зоне теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя и к созданию инженерных методов их расчета.

Диссертация посвящена разработке и исследованию теплообменных аппаратов с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя за счет организации этого процесса к капиллярных щелевых каналах.

Практическая значимость темы диссертации обусловлена необходимостью создания теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя, имеющих повышенную интенсивность теплообмена в зоне его кипения.

Целью работы является; разработка конструктивных решений зоны кипения теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя, обеспечивающих повышенную интенсивность теплообмена за счет организации процесса кипения в капиллярных каналах; разработка расчетных соотношений, обуславливающих выбор геометрических параметров каналов, в которых организуется кипение и позволяющих определить интенсивность теплоотдачи при кипении в указанных условиях; экспериментальная проверка полученных расчетных соотношений применительно к кипению в каналах различной геометрии; исследование эффективности использования разработанных методов интенсификации теплообмена при кипении в промышленных теплообменных аппаратах с фазовыми переходами теплоносителя.

Все это определяет актуальность темы диссертации, которая обусловлена необходимостью создания теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя, имеющих повышенную интенсивность теплообмена в зоне ег о кипения.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Впервые выполнен обобщенный анализ вариантов конструктивных решений зоны кипения в теплообменных аппаратах с фазовыми переходами теплоносителя, позволяющий обосновать выбор конкретного варианта конструктивного решения, в зависимости от геометрических и режимных параметров создаваемого теплообменного аппарата.

Разработана модель процесса кипения в капиллярных щелевых каналах, учитывающая влияние истинного объемного паросодержания на характеристики теплообмена.

Разработаны расчетные соотношения, связывающие гидродинамические и тепловые характеристики кипения жидкости в капиллярных каналах различной геометрии и позволяющие выполнить расчет интенсивности теплоотдачи в указанных условиях.

Впервые разработаны расчетные соотношения для определения величины критической тепловой нагрузки при кипении жидкости в капиллярных каналах.

Выполнено поэтапное теоретическое исследование взаимосвязи гидродинамики движения одиночных паровых пузырей в обогреваемых капиллярных каналах с гидродинамическими характеристиками развитого двухфазного потока, с характеристиками теплообмена в области пузырькового режима кипения и с геометрическими и режимными параметрами, определяющими наступление кризиса теплообмена при кипении в указанных условиях.

Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики одиночных пузырей в капиллярных каналах различной геометрии и при различных режимах обогревания стенок канала. Выполнено экспериментальное исследование гидродинамики развитого двухфазного потока при кипении в капиллярных каналах. Выполнено экспериментальное исследование теплообмена при кипении в вертикальных, наклонных, плоскопараллельиых и кольцевых каналах в случае использования различных схем их питания жидкостью.

Экспериментально подтверждено, что базовые предпосылки, заложенные в исходную модель кипения в капиллярных каналах, правильно отражают основные закономерности этого процесса, а полученные расчетные соотношения могут быть использованы при конструировании и расчете испарительной зоны теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя. Исследованы варианты приложения результатов проведенного теоретического и экспериментального исследования к конструированию и расчету теплообменных аппаратов с повышенной интенсивностью теплообмена в зоне кипения теплоносителя.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Результаты работы позволяют обоснованно выбрать вариант конструктивного решения испарительной зоны теплообменного аппарата с повышенной интенсивностью теплообмена в зоне кипения за счет организации этого процесса в капиллярных каналах и рассчитать их геометрию таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную для расчетной тепловой нагрузки величину коэффициента теплоотдачи. За счет этого интенсивность теплообмена при кипении может быть увеличена в 3- 5 раз по сравнению с интенсивностью теплообмена при кипении в большом объеме при той же тепловой нагрузке.

Результаты работы позволяют рассчитать на основании знания геометрии капиллярного канала величину его критической тепловой нагрузки, что также важно с точки зрения обеспечения эффективности и надежности работы всего теплообменника в целом.

Результаты работы были использованы: при конструировании и расчете термосифонных рекуператоров для установки непрерывной стерилизации питательной среды внедренных на Бердском заводе биологических препаратов; при конструировании и расчете теплообменных аппаратов для системы предварительного увлажнения ткани перед подачей в машину для влажностно -тепловой обработки ткани и внедрены на Павловопосадской платочной мануфактуре. В результате внедрения теплообменников с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения достигнута экономия греющего пара, снижена металлоемкость конструкции теплообменников.

12

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

- Всесоюзном геплофизическом семинаре (Новосибирск, 1975 г.);

- Объединенном научном семинаре по вопросам теплопередачи Московского высшего технического училища, Московского энергетического института, Московского лесотехнического института (Москва 1976 г.);

- 21 - ом Сибирском теплофизическом семинаре по теплообмену и гидрогазодинамике при кипении и конденсации (Новосибирск, 1978 г.);

- 6-ой Всесоюзной конференции по теплообмену и гидравлическому сопротивлению при движении двухфазного потока в элементах энергетических машин и аппаратов (Ленинград, 1978 г.);

- 4-ой Всесоюзной конференции по тепломассообмену (Минск, 1984 г.);

- 8 - ой Всесоюзной конференции по проблемам тепломассообмена (Минск, 1987 г.);

- Научных конференциях профессорско - преподавательского состава Московского государственного текстильного университета (1978 -1998 г);

- Всероссийской научно - технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности" (Москва, 1999 г.).

Публикации.

По работе опубликованы 25 научных статей, 4 авторских свидетельства на изобретения, 1 монография.

13

9. Результаты работы использованы при конструировании и расчете промышленных теплообменников с кипением теплоносителя и внедрены на Бердском заводе биологических препаратов и на Павловопосадской платочной мануфактуре, что привело к увеличению теплопередающей способности теплообменных аппаратов и к снижению их металлоемкости.

198

1. Кружилин Г.Н., Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче при кипении жидкости в условиях свободной конвекции // Изв. АН СССР, ОТН, №5, 1949. с. 701-712.

2. Кутателадзе С. С., Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979.-416 с.

3. Делайе Дж., Гио М.,Ритмюллер М, Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 422 с.

4. Воронин В. Г. и др. Низкотемпературные тепловые трубы для летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1976. - 205 с.

5. Васильев Л.Л. Теплообменники на тепловых трубах. Минск: Наука и техника, 1981. -141 с.

6. Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы: Пер. с англ. М.: Энергия, 1979. - 272 с.

7. Сагань Н.И., Тобилевич П.Ю. Теплообмен при кипении воды в вертикальных кольцевых каналах // Изв. ВУЗов, "Пищевая технология", №1, 1971. с. 24 - 26.

8. Григорьев В. А., Крохин Ю. И., Куликов A.C. Теплообмен при кипении в вертикальных щелевых каналах. Труды МЭИ, вып. 141, 1972.-с. 58-68.

9. Григорьев В. А., Крохин Ю. И., Куликов A.C., К вопросу об определении толщины пленки жидкости под пузырем при кипении в капиллярных каналах, Труды МЭИ, вып. 200, 1974. с. 8 - 16.

10. Ю.Леонтьев А. И., Миронов Б.М., Корнеев А.Д., Рудь Г.М. Приближенная теория теплообмена и гидродинамики при кипении жидкости в вертикальных щелевых каналах. Труды МВТУ, вып. 2, №195, М., 1975. с.43 - 48.

11. П.Кутепов A.M., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М.: Высшая школа, 1986.- 448 с.

12. Несис Е. И. Кипение жидкостей. М.: Наука, 1984. - 310 с.

13. Петухов Б.С., Гении Л.К., Ковалев С.А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 469 с.

14. Тонг Л. Теплоотдача при кипении и двухфазное течение. М.: Мир, 1969.-344 с.

15. Рассохин Н.Г., Швецов P.C. Исследование теплообмена при кипении воды в кольцевых каналах. // "Теплоэнергетика", №9, 1966.- с. 52 55.199

16. Аверин Е.К., Кружилин Г.Н. Теплоотдача при кипении воды в условиях вынужденной циркуляции. В кн. "Теплообмен при высоких тепловых нагрузках и других специальных условиях". / под ред, Арманда A.A. -М.:Госэнергоиздат, 1959. с. 56-94.

17. П.Рычков А.И., Хохлов В.К. Исследование теплообмена при кипении в теплообменных элементах с кольцевым пространством. "Труды МИХМ", т. 19, 1959. с. 34 -37.

18. Тобилевич П.Ю., Еременко Б.А. Исследование особенностей теплоотдачи при кипении в трубах, сб. "Гидродинамика и теплообмен при кипении в котлах высокого давления", АН СССР, М., 1955. с.72 -76.

19. Азарсков В.М. Исследование теплообмена при кипении фреона в щелевых каналах пластинчатых испарителей: Автореф. канд. дис.-Л.: ЛТИХП, 1973.-24 с.

20. Корнеев А.Д. Исследование гидродинамики и теплообмена при кипении в вертикальных щелевых каналах: Автореф. канд. дис.- М.: МВТУ, 1974.- 16 с.

21. Корнеев С.Д. Исследование гидродинамики и теплообмена при кипении в щелевых каналах в условиях моделирования ослабления силы тяжести: Автореф. канд. дис,- М.: МВТУ, 1977. 16 с.

22. Коба А.Л., Смирнов Г.Ф. Теплообмен и критические тепловые потоки при кипении в горизонтальных плоских щелях. // Вопросы радиоэлектроники, сер. ТРТО, 1977 вып. 2(28), с. 126-134.

23. Курбанов Х.К. Исследование влияния физических свойств жидкости на гидродинамику и теплообмен при кипении в щелевых каналах: Автореф канд. дис.- М.: МВТУ, 1978. 16 с.

24. Леонтьев А.И., Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Исследование теплообмена при кипении водных растворов этанола в щелевом канале. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №3, М., 1977.-с. 85-87.

25. Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Влияние схемы питания на гидродинамику и теплообмен при кипении в щелевом канале. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №2, М.,1978,

26. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Приближенная теория теплообмена и гидродинамики при кипении в стесненных условиях. / Сб. "Теплообмен и гидрогазодинамика при кипении и конденсации":200

27. АН СССР, СО, институт теплофизики, Новосибирск, 1979. -с. 215, 216.

28. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Пирогов E.H. Теплообмен и гидродинамика при кипении в узких щелевых зазорах с изотермическими стенками. // Известия ВУЗов "Машиностроение", №2, М., 1981. с. 80-85.

29. Леонтьев А.И., Охотин A.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. К расчету характеристик теплообмена при кипении в щелевых каналах. / Материалы 7-ой всесоюзной конференции по тепломассообмену. Том 4, часть 2, Минск, 1984. с. 119-124.

30. Jakob М., Zinke W., Heat transmission in the evaporation of liquids at vertikal and horisontal surfaces, Z. Phusik, 36, p.267-280, 1935.

31. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. M.-JL: Машгиз, 1952, 231 с.

32. Кутателадзе С. С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976. 296 с.

33. Кутателадзе С.С., Накоряков В.Е. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. Новосибирск: Наука, 1984, 301 с.

34. Кружилин Г.Н. Теплоотдача от поверхности нагрева к кипящей однокомпонентной жидкости при свободной конвекции. / Изв. АН СССР, ОТН, №7, 1948. с. 967-980.

35. Боришанский В.М., Козырев А.П., Светлова JI.C. Изучение теплообмена при пузырьковом кипении жидкостей. В кн.: Конвективная теплопередача в двухфазном и однофазном потоках. М.: Энергия, 1964. - с. 71-104.

36. Боришанский В.М. Критические тепловые нагрузки при кипении и термодинамическое подобие. В кн.: Тепло- и массоперенос при фазовых и химических превращениях. Минск, АН БССР, 1962, т. 2. -с. 80-86.

37. Толубинский В.И. Теплообмен при кипении. Киев: Наукова думка, 1980.-315 с.38.3ейгарник Ю.А., Литвинов В.Д. Кипение щелочных металлов. М.: Наука, 1989. 126 с.

38. Дорощук В.Е. Кризисы теплообмена при кипении воды в трубах. М.: Энергоатомиздат, 1983. 119 с.

39. Тонг Л. Кризис кипения и критический тепловой поток. М.: Атомиздат, 1976. 99 с.

40. Мамонтова H.H. Кипение некоторых жидкостей при пониженных давлениях. / ЖПМТФ, 1966, №3. с. 140-144.201

41. Лабунцов Д. А. Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении. // Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, №1, 1963, с. 58-71.

42. Лабунцов Д. А. Современные представления о механизме пузырькового кипения жидкостей,- В кн.: Теплообмен и физическая газодинамика. М.:Наука, 1974. с. 98-115.

43. Ягов В.В., Городов А.К., Лабунцов Д.А. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении жидкостей при пониженных давлениях в условиях свободного движения. // ИФЖ, 1970, т. 18, №4.-с. 624-630.

44. Леонтьев А. И., Кирдяшкин А. Г. О возникновении паровой фазы на горизонтальной поверхности нагрева. // ИФЖ, т. 16, №6, 1969. -с. 14-17.

45. Moore F. D., Mesler R. В. The measurament of rapid suffase temperature fluktuations during nukleate boiling of water. A. I., Ch. E. J., v.7, N 4, p. 620-624, 1969.

46. Воутсинос С. M., Джад P. Л. Исследование испарения микрослоя с помощью лазерной интерферометрии. Труды америк. общества инженеров механиков, сер. С, Теплопередача, №1, 1975. с. 54 - 62.

47. Шукри М., Джад Р. Исследование активации центров парообразования при кипении насыщенной жидкости. Труды америк. общества инженеров механиков, сер. С, Теплопередача, №1, 1975.-с. 93-98.

48. Диев М.Д., Миронов Б.М. Микрослой жидкости при кипении в вертикальных плоскопараллельных щелевых каналах каналах. Материалы международной конференции "Тепломассообмен -ММФ". Минск, 1988. с. 67 - 69.

49. Jawyrek H.H. Simultaneous determination of microlauer and bubble growt in nucleate boiling. Int. J. Heat Mass Transfer, 1969, v. 12, N 8, p. 843-848.

50. Джад P.Л., Хуан К.С. Модель теплоотдачи при кипении в большом объеме, учитывающая испарение микрослоя. Теплопередача, 1976, т. 98, №4. - с. 96-102.202

51. Коффман Л.Д., Плессет М.С. Экспериментальное изучение микрослоя, образующегося при росте парового пузыря на нагретой поверхности. Теплопередача, 1983, т. 105, №3. - с. 171-180.

52. Фахт X. С., Джад Р.Л. Влияние давления на теплоотдачу при испарении микрослоя. Теплопередача, 1978, т. 100, №1, с. 52-58.

53. Ренк Ф.Ж„ Вейнер П.С. Испаряющийся мениск этанола. -Теплопередача, 1979, т. 101, №1, с. 65-74.

54. Холм Ф.В., Гоплен С.П. Теплообмен в тонкопленочной переходной области мениска. Теплопередача, 1979, т. 101, №3. - с. 196-203.

55. Корнеев А.Д. и др. Исследование модели теплообмена и гидродинамики при кипении жидкости в щелевых каналах. "Труды МВТУ", вып.3, №222, М.,1976. с. 24 -28.

56. Воронцов Е.Г., Тананайко Ю.М. Теплообмен в жидкостных пленках. Киев: Техника, 1972. - 193 с.

57. Ганчев Б.Г. Охлаждение элементов ядерных реакторов стекающими пленками. М.: Энершатомиздат, 1987. - 192 с.

58. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1954. 484 с.

59. Смирнов Г.Ф. К расчету начальной толщины микрослоя при пузырьковом кипении. //ИФЖ, 1975, т. 28, №3. с. 503-508.

60. Dwyer О.Е., Hsu C.J. Liquid microlauer thickness in nucleate boiling on a heated surface. Lett Heat and Mass Transfer, 1975, vol. 2, №2, p. 179-187.

61. Купер М.Г., Ллойд А.Дж.П. Микрослой при кипении в большом объеме. // ИФЖ, 1970, т. 18, №2 с. 359.65.0!ander R.K., Watts K.G. An analytical expression of microlayer thickness in nucleate boiling. Trans. ASME, Ser. C., 1969, vol. 91, №1, p. 178-180.

62. Новицкий A.C., Любин Л.Я. Основы динамики и тепломассообмена жидкостей и газов при невесомости. М.: Машиностроение, 1972. -252 с.

63. Katto Y., Shoji М. Principal mechanism of micro-liquidlauer formation on a solid surface with a growing buble m nucleate boiling. Int. J. Heat Mass Transfer, 1970, vol. 13, №8, p. 1299-1311.

64. Cyo И., Гриффите П., Двухфазное течение в капиллярах, Труды америк. общества инженеров механиков, сер. Д., №3, 1964.

65. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. -712 с.

66. Ко рнеев С.Д. Интенсификация теплообменных аппаратов с фазовыми переходами теплоносителя. В кн.: Вопросы повышения эффективности систем и аппаратов промтеплоэнергетики. / Под ред. А.С. Охотина. М.: Компания Спутник +, 2000. - с. 4 - 47.203

67. A.c. 825630 СССР, М.Кл.3 С 12 М 1/0 2. Аппарат для выращивания микроорганизмов. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Беляев В.Д.Далунянц К.А. и др. Опубл. 30.04.81. Бюл. №16.

68. A.c. 808827 СССР, М. Кл. F 28 D 15/00. Тепломассообменный аппарат. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Беляев В.Д.Далунянц К.А. и др. Опубл. 28.02.81. Бюл. №8.

69. А.с. 951060 СССР, М. Кл.3 F 28 D 15/00. Термогравитационная тепловая труба.Карасев B.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Леонтьев А.И. и др. Опубл. 15.08.82. Бюл. №30. ,

70. A.c. 549675 СССР, М. Кл.3 F 28 D 15/02. Теплообменный аппарат. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Карасев B.C. Опубл. 23.11.89. Бюл. №43.

71. Бунин О. А., Малков Ю. А. Машины для сушки и термообработки ткани. М.: Машиностроение, 1971. - 304 с.

72. Самойлов В.П. Теплоиспользующие установки хлопчатобумажной промышленности. М.: Ростехиздат, 1961. 283 с.

73. Плаксин С.А., Бунин O.A. О режиме обработки в зрельнике тканей, напечатанных кубовыми красителями. //Текстильная промышленность, 1966, №2. с. 54 - 59.

74. Коньков А.И. Оборудование отделочного производства текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1964. 418 с.

75. Павлов Д.П. Оборудование отделочных фабрик хлопчатобумажной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1968. 215 с.

76. Танин Е.А, Корнеев С.Д., Корнюхин И.П., Щербаков В.И. Теплоиспользующие установки в текстильной промышленности. М.: Легпромбытиздат, 1989. 392 с.

77. Складнев A.A., Карпов A.M., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Александров B.C. Исследование высокоэффективных теплоотводящих устройств лабораторных ферментеров // Труды Академии наук ГДР, 1979. с. 275 - 279.204

78. Лабунцов Д.А., Ягов В.В. Механика простых газожидкостных структур. М.: МЭИ, 1978. 92 с.

79. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972. - 440 с.

80. Лабунцов Д.А., Кольчугин Б.А., Головин B.C., Захарова Э.А., Владимирова Л.Н. Исследование при помощи скоростной киносъемки роста пузырьков при кипении насыщенной воды в широком диапазоне изменения давлений. // ТВТ, т. 2, №3, 1964. . с. 446-453.

81. Лабунцов Д.А., Корнюхин И.П., Захарова Э.А. Паросодержание двухфазного адиабатного потока в каналах. //Теплоэнергетика №4, 1968 с. 62-67.

82. Филимонов А.И., Пржиялковский М.М., Дик Э.П.,Петрова И.Н. Экспериментальное исследование гидродинамики двухфазного потока в каналах. //Теплоэнергетика №10, 1957. с. 44-46.

83. Стырикович М.А.,Сурнов A.B., Винокур Я.Г. Экспериментальные данные по гидродинамике двухфазного слоя. //Теплоэнергетика №9, 1961. с. 56-60.

84. Маргулова Т.Х. Методы получения чистого пара. М.: Госэнергоиздат, 1956. 180 с.

85. Холодовский Г.Е. Экспериментальное исследование двухфазного потока в каналах парогенерирующих устройств. В сб. "Генерация пара сверхвысоких параметров". Изд. ЭНИН МЭИ, 1950. - с. 4863.

86. Лабунцов Д.А., Зудин Ю.Б. Скорость гравитационного всплывания и форма крупных пузырьков. Труды МЭИ, 1975, вып. 268. - с. 7279.

87. Зудин Ю.Б. О всплывании умеренно крупных пузырьков в большом объеме. Труды МЭИ. Тепло - и массообменные процессы и аппараты. 1975, вып. 268 - с. 72 - 79.205

88. Маленков И.Г. О движении больших пузырей газа, всплывающих в жидкости. //ЖПМТФ, 1968, №6. с. 130 - 134.

89. Несис Е.И., Токмаков В.И., Чигарева Т.С. О зависимости формы поверхности пузырьков (капель) от их размера. // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1967, №2. с. 146 - 149.

90. Пузырев Е.М., Саломатов В.В., Кузьмин A.B. О форме пузырьков при кипении. В кн.: Материалы 5-ой научной конференции по математике и механике. Томский университет. Т. 2. Томск, 1975 - с. 74.

91. Скрипко В.Я., Сорока Б.С. К вопросу о движении газового пузырька через слой жидкости. В кн.: Тепло - и массообмен. Киев, Наукова думка, 1968 - с. 147- 152.

92. Galor В. Buble and drop phenomena. Ind. Eng. Chem., 1969, vol. 61, №2, p. 21-34.

93. Siegel R., Keshock E.G. Effects of reduced gravity on nucleate boiling bubble dynamics in saturated water. AIChE J. 1964, vol. 10, p. 509.

94. Белов И.В., Проколов E.B. Скорость движения и форма воздушных пузырей в воде. ПМТФ, 1968, №3, с. 103.

95. Кириченко Ю.А. Экспериментальное иследование быстрорастущих газовых пузырей в тонкой щели. Сб. "Вопросы гидродинамики и теплообмена в криогенных системах", вып. 2, ФТИНТ АН УССР, Харьков, 1972. с. 4 - 14.

96. Кириченко Ю.А. Некоторые вопросы динамики двумерных пузырей. Сб. "Вопросы гидродинамики и теплообмена в криогенных системах", вып. 2, ФТИНТ АН УССР, Харьков, 1972. -с. 5 12.

97. Григорьев В.А., Крохин Ю.И. Движение одиночных пузырей в щелевых каналах. ТВТ, т. 9, №6, 1971. с. 28-32.

98. Петухов Ю.И., Скоробогатов Н.Г., Сосунов В.И. Сопротивление жидкости движению газового пузыря, сдавленного параллельными стенками. ПМТФ, №6, 1970. с. 112-114.

99. Корнеев С.Д., Курбанов Х.К., Кожамсеитова P.C. Форма и скорость всплывания газовых пузырей в капиллярном щелевом канале в области малых чисел Рейольдса // Известия АН ТССР, 1990, №6.-с. 29-33.

100. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Наука. -536 с.

101. Davies R. М., Taylor G. J. Proc. Roy. Soc., 200 A, 1950, 375-390.

102. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика М. : Физматгиз, 1959-582 с.206

103. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976. 296 с.

104. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Исследование движения одиночных газовых пузырей в плоскопараллельных щелевых каналах. Сборник научных трудов Московского энергетического института, №133, М., 1987.-с. 19-27.

105. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика М.: Наука, 1969. - 648 с.

106. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978, 736 с.

107. Hadamard I., Mouvement permanent leht d'une spereliguide et visqueusedans in liquide visqueux, Compt. Rend. Acad. Sei., Paris, vol. 152, p. 1735-1738, 1911.

108. Бронштейн И. H., Семендяев К. А. Справочник по математике. М.: Гостехиздат, 1963. 610 с.

109. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. -832 с.

110. Миронов Б.М., Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Исследование скорости всплытия паровых пузырей в щелевом канале // Известия ВУЗов "Машиностроение", №9, М., 1977. с. 41 - 44.

111. Ангерер Э. Техника физического эксперимента. М.: Физматгиз, 1962. -452 с.

112. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче. М.: Мир, 1973. - 240 с.

113. Емельяненко О.В. Измерение температуры поверхности тел термопарой с контролируемым подогревом. // ИФЖ, т.4, №10, 1960. с.45 - 48.

114. Ярышев H.A. Теоретические основы измерения нестационарных температур. Л.: Энергия, 1967. - 192 с.

115. Резников М.И., Миропольский З.Л. Радиоизотопные методы исследования внутрикотловых процессов. М.: Энергия, 1964. -216с.

116. Хайбуллин И.Х., Борисов Н.М. Исследование плотностей жидкой фазы систем при высоких параметрах методом У просвечивания. // Теплоэнергетика, №2, 1963. с. 78-82.

117. Бартоломей Г.Г., Харитонов Ю.В. Определение истинного паросодержания в нестационарных режимах. //Теплоэнергетика, №11, 1966.-с. 74-78.

118. Бартоломей Г.Г., Алхутов М.С., Байбаков В.Д. Определение плотности среды методом нейтронного просвечивания. //Теплоэнергетика, №2, 1975. с. 72-76.207

119. Козлов М.Г. Радиоингерференционный способ автоматического измерения паросодержания. В кн.: Труды НИИТеплоприбора. М., №4, 1962. - с. 41-53.

120. Голубев Б.П., Смирнов С.Н., Свистунов Е.П. Определение паросодержания по величине диэлектрической проницаемости пароводяной смеси. // Теплоэнергетика, №8, 1974. с. 82-84.

121. Варингер В.В. Определение паросодержания с помощью расходомерных устройств. Атомная энергия, 1970, т. 29, вып. 3, с. 202,203.

122. Субботин В.И. и др. К расчету газосодержания смеси при пузырьковом течении по данным измерения резистивным и емкостным методами. //Теплоэнергетика, №4, 1975. с. 70-75.

123. Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. -М.: Энергия 1979. 320 с.

124. Кутателадзе С.С. Гидродинамическая теория изменения режима кипения при свободной конвекции. // Изв. АН СССР, ОТН, 1951, №4.-с. 529-536.

125. Стырикович М.А., Поляков Г.М. О критической тепловой нагрузке при кипении жидкостей в большом объеме. // Изв. АН СССР, ОТН, 1951, №5. с. 652 - 656.

126. Лабунцов Д.А. Об одном новом направлении в теории кризиса кипения. // Теплоэнергетика, 1961, №8. с. 81 - 85.

127. Боришанский В.М. Критические тепловые нагрузки при кипении и термодинамическое подобие. В кн. Тепло - и массоперенос, т. 2, Минск, 1962, с. 80-86.

128. Кириченко Ю.А., Черняков П.С. Некоторые вопросы кризиса кипения в большом объеме. — Тр. Физико технического института низких температур АН УССР, 1970, вып. 1.-е. 157- 183.

129. Линард Дж.Х., Дир В. К гидродинамическому расчету максимального и минимального тепловых потоков при кипении в открытом объеме. В кн. Тепло - и массоперенос, 1972, т. 2, ч. 1, Минск, - с. 274-298.

130. Петухов Б.С., Ковалев С.А. О критических тепловых нагрузках при кипении жидкости. // Изв. ВУЗов, Энергетика, 1963, №4. -с. 81-89.

131. Тонг Л. Кризис кипения и критический тепловой поток. М.: Атомиздат, 1976. 99 с.

132. Кожамсеитова P.C. Разработка испарительной зоны термосифона с интенсификацией теплообмена для систем использования вторичных энергоресурсов. Автореф. диссер. на соис. уч. ст. канд. техн. наук. М.: МГТУ, 1991. 14 с.208

133. Михеев M.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. - 344 с.

134. Теория тепломассообмена. / Под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высшая школа 1979. - 495 с.

135. Корнеев А.Д., Корнеев С.Д., Леонтьев А.И., Пирогов E.H. Теплообмен при кипении R12 и R22 в узких щелевых каналах при постоянной температуре теплопередающей поверхности. // Холодильная техника, 1983, №2. с. 46 - 49.

136. Leontjev A.I., Ochotin A.S., Korneev A.D., Korneev S.D. Characteristis desion of heat transfer for boiling in aperture canal. Heat transfer. Soviet researen, 1985, v. 17, №2, p. 101 -108.

137. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин. / Под ред. A.A. Гоголина. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 224 с.

138. Воронин Г.И., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. -М.: Машиностроение, 1973. 96 с.

139. Хоблер Т. Теплопередача и теплообменники. Л.: Госхимиздат, 1961.-820 с.

140. Букин В.Г. Интенсификация теплоотдачи хладоносителей в аппаратах холодильных машин. // Холодильная техника, 1980, №6. -с. 20-23.

141. Гоголин A.A., Данилова Г.Н., Азарсков В.М., Медникова Н.М. Интенсификация теплообмена во фреоновых кожухотрубных испарителях путем применения труб с металлизационными покрытиями. // Холодильная техника, 1979, №1. с. 26-31.

142. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.-488 с.

143. Зельдович Я.Б., Мышкис А.Д. Элементы прикладной математики. -М.: Наука, 1965. -616 с.

144. Корнеев С.Д. О расчете среднего коэффициента теплоотдачи при кипении жидкости в капиллярных щелевых каналах. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.2000, №2459. 6 с.

145. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления, т. 1. М. : Наука, 1965. 548 с.

146. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления, т. 1. М.: Наука, 1969. 440 с.209

147. Аиба Ш., Хемфри А., Миллис Н. Биохимическая технология и аппаратура. / Пер. с англ. под ред Г.К. Скрябина, П.И. Николаева. -М.: Пищевая промышленность 1975. 288 с.

148. Бортников И.И., Босенко А.М. Машины и аппараты биологических производств. Минск: Высшая школа, 1982. 328 с.

149. Корнеев С.Д., Курбанов Х.К. Кожамсеитова P.C. Метод расчета тепловых характеристик испарительного термосифона на ЭВМ. // Известия АН ТССР, 1990, №5. с. 50 - 53.

150. Григорьев В.А., Павлов Ю.М., Аметистов Е.В. Кипение криогенных жидкостей. М.: "Энергия", 1977. 288 с.

151. Исаченко В. П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1977. 240 с.

152. Охотин A.C., Корнеев С.Д., Марюшин Л.А., Воронович С.А. Сравнительный анализ теплообменных характеристик парогенерирующего теплообменника с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.2000, №2460. Юс.

153. Корнеев С.Д. Применение теплообменного аппарата с интенсификацией теплоотдачи в зоне кипения теплоносителя в составе парогенерирующего устройства системы предварительного увлажнения ткани перед зрелением. Деп. в ВИНИТИ, 21.09.2000, №2458. 3 с.

154. Охотин A.C., Корнеев А.Д., Корнеев С.Д. Исследование теплообмена в биологическом реакторе. Труды VIII Всесоюзной конференции по проблемам тепломассообмена. Минск, 1987. с. 78 -82.

155. Корнеев С.Д., Первак Г.И. Использование теплоты отработавшей паровоздушной смеси сушильных машин // Текстильная промышленность, 1992, №9. с. 32 - 33.210

156. Корнеев С.Д., Первак Г.И. Тепловой расчет системы термосифонных рекуператоров утилизаторов тепла паровоздушной смеси сушильных машин // Текстильная промышленность, 1994, №1. - с. 38 - 39.