автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Температурный режим парогенерирующих труб при околокритических давлениях вещества (толуола)

' # N

АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭНЕРГОПРОЕКТ

На правах рукописи КЕЛБАЛИЕВ РУФАТ ФАНГ оглы

УДК 536.242.08/533.001.5

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПАРОГЕНЕРИРУЮЩИХ ТРУБ ПРИ ОКОЛОКРИТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЯХ ВЕЩЕСТВА (ТОЛУОЛА)

Специальность 05.14.05 - Теоретические основы

теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баку - 1998

Работа выполнена в Азербайджанской научно-исследовательской институте энергетики и энергопрогкт

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор ПЕПИНОВ Р.й.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор ИСАЕВ Г.И.

Кавдадат технических наук ЗЕЙНАЛОВ М.Б.

Ведущая организация - Сумгантский завод "ОРГСИНТЕЗ"

Защита состоится " ¡9 " ноября 1998 г. в ^ час, на заседании специализированного совета Б/Н 004.26.01 при Азербайджанском научно-исследовательском институте энергетики и энергопроект по адресу: 370602. г. Баку, ул. Зардаби, 94

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азербайджанского научно-исследовательского института энергетики и энергопроект.

Автореферат разосланС! ^ ' октября 1998 г.

Ученый секретарь специализированного совета д.т.н.

ЛАЗЫМОВ Т.М.

ОБЕАЯ ХАРАКТЕРИСТИК/! РАБОТЫ

Актуальность темы.В работе развивается научное направление-исследование температурного ревима парогенерирувщих труб теплообменник аппаратов.

Рассматриваемые вопроси встречается в теплотехнических установках. работавших в химической,нефтяной.газовой.энергетнческой. ракетной технике.« других отраслях современной промыяленности.

За последние 20 лет в различных странах мира наблюдается по-выненный интерес к паротурбинным установкам (ПТУ) с органическими рабочимк телами(0РТ).Зто связано с использованием низкопотенциального тепла для производства электроэнергии,а такве применением ОРТ в качестве рабочего тела в автономней энергетической установке (космической,подводной).

В качестве модельной жидкости рассматривается органический теплоноситель-то;,'^ол при до-и сверхкритических давлениях.Критическая темпратура толуола ниве температуры термического раэлокнкя. что дает возмонность создавать цикли ПТУ при до-и сверхкритических параметрах.При решении этой проблемы актуальным является исследование температурного ревима стенки пароГенерируваих труб при до-н сверхкритических давлениях рабочего ведества.Значительно низкое критическое давление толуола.по сравнению с критическим давлением воды,удобно для экспериментального исследования теплоотдачи и температурного реяима стенки парогенерирувчих труб в вирокок интервале изменения ревимных параметров.

При проектировании и эксплуатации теплотехнических установок необходимо знать температурные реаимы стенки теплообменнах аппаратов. Поэтому возникает необходимость изучения закономерности температурного реяима стенки и создания обоснованиях методов расчета локальных коэффициентов теплоотдачи.

Цель работы:

К- Экспериментальное исследование температурного резима стенки при

Р<Ркр и кипении толуола вблизи критического давления. 2. Исследование температурного реяима стенки при Р У РКр .низких и высоких температурах толуола,с цольв выявления нормального, улучшенного и ухудшенного рякима теплоотдачи при сверхкритичес-

ких давлениях /СКД/ вещества. 3. Разработка уравнения для расчета локального коэффициента теплоотдачи и температуры'стенки. .

Научна? яовизна:

¡1, Установлен закономерности изменения температуры стенки при кипении толуола вблизи критического давления и зависиаости критического теплового потока от ревимных параметров.

2. Получены новые экспериментальные данные по теплоотдаче толуола при Р>Ркр в трубах с внутренними диаметрами до

. 6,30 мм и длиной до 1200 мм.

3. Обнаружены два различных вида улучшенного рекима теплоотдачи. Установлены закономерности изменения- тьицературы стенки при улучшенном режиме теплоотдачи толуола.

4. Установлено,что при высоких температурах жидкостд » ¡пр# определенных сочетаниях тепловых и гидродинамических пара*-е?ров,ул-

; уччен^й рея«* теплоотдачи переходит к ухудшенному р««ииу.

равнения и методы определения температуры стенки Яр» ухудшенном рев,и«.е теплоотдачи. р. Выявлено влияние свобода конвекции на интенсивность теплоот-1 дачи при турбулентном,переходном л ламинарном режиме двинения и СК.Й толуола. .';

Праедлож£?ны уравнения для ододвледая начальной- длины трубы. Яосле чего ну«но учесть влияние. срофдроЯ ксиСвекда на теплоотдачу, ' . ?; Предлоаены обобщенные критерцаяьр,е .уравнения для расчета коэф-' фициента теплоотдачи при турбулентно«,переходном и ламинарном режиме движения толуола в вертикальной трубе.

{Практическая ценность работы. Установленные закономерности

изменения критического теплового потока в зависимости от решимных Параметров црн .позволяет предотвратить кризис кипения в

парогвнерирувцих трубах.приводящий к аварийной ситуации,и установить нормальный температурный'ревии работы аппаратов при их эксплуатации.

Расчетные ьвкоигндйиии.лредлг-хешгае дяч СКД толуола позволяв*

определить температуру стенки и локальные значения коэффициента теплоотдачи при нормальной,улучшенном и ухудшенном ренимах теплообмена в турбулентном.переходном и ламинарном ренине двивения теплоносителя.что необходим!) для проектирования и эксплуатации тепле-абнешшх'аппаратов.

Реализация результатов работы. Результата настоящего исследования внедрены на Бакинской ТЗЦ Н' 1 в котлах N 17 и 18.что .позволило избежать возникновения кризиса кипения в экранных трубах, вызывавшего их разрывы и приводящего к аварийной ситуации при ра-. боте со сниненной нагрузкой котла.

Экспериментальные данные по температурному реаиму стенки,а такае расчетные уравнения приняты Сумгаитским заводом "Оргсинтез" для использования ик в практике.

йвтор защищает: • . .

1. Выявленные закономерности изменения температуры стенки при кипении толуола вблизи критического давления и зависимости критического теплового потока от ре.аимных параметров.

2. Установленные закономерности изменения температуры стенки при улучиенном реаиае теплоотдачи. • '

3. Закономерности возникновения ухудиенного режима теплоотдачи и изменения температуры стенки в этом резиме теплообмена.

4. Влияние свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи при зыиузденноа дьиаении и сверхкритнческих давлениях толуола,

5. Уравнения и методы определения температуры стенки при турбулентном течении толуола и ухудоенном резиме теплоотдачи.

3. Рекомендации по расчету локальных значений коэффициента теплоотдачи при турбулентном,переходном и ламинарном ренимах двияе-ния и сверхкритических давлениях толуола.

Апробация работы. Основные результаты, диссертационной работы

докладывались и обсуадались на: 8-ой Всесовзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах",г.Ленинград, 1Э90 г.; Республиканской конференции молодых ученых и аспирантов,г.Баку,1994 г.,1996 г.; Международном конгрессе "Энергия, экология, экономия",г.Баку.1995 г.; Республиканской научно-техни-

веской конференции "Энергетика Азербайднана в условиях экономических реформ". г.Баку,1995 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано £ печатных

работ.

Структура и Ъбъеи работы. Диссертационная работа состоит из

введения,пяти глав.выводов.списка литературы и приловения.

Объем диссертации - 101 страниц навинописного текста.58 рисунков и 10 таблиц экспериментальный данных.Список литературы с£? тоит из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТИ Во введении обоснована актуальность темн'Дяссертационний работа. сформулирована цель исследования,научная новизна.йзловени основные полозения.вшшашые автором на защиту,приведены сведения об их реализации.

В первой главе приведен обзор работ,посвявенных теплообмену, н

тенпературному ревиму парогенерирувких труб при до-и сверхкритических давлениях вещества.При докритических давлениях аналиэирувт-ся работа,посвяаешше кзучениз теплообмена и температурного ровика стенки при кипении иидкости вблизи критического давления.

При сверхкрнтичеш!х давлениях рассматривается данные, полученные при низких и высоких температурах видкости, сопровождаемые улучвением и ухудвением теплоотдачи.

Показана необходимость дальнейэегс экспериментального исследования с цельа выявления причин возникновения различных ренинов теплоотдачи и разработки расчетных уравнений.

Вторая глава посвячена экспериментальному исследований теыа?-

ратурного рекима стенки и теплоотдачи. Даны описание экспериментальной установки,кетодики измерения и проведения экспериментов, обработка экспериментальных данных,выбор рабочего везества.

Исследование температурного режима стенки прослдилось на экспериментальной установке,работающей по принципу разомкнутого цир-

куляционного контура.изготовленного из нержавеющей стали марки 1Х18Н10Т /Рис.1/.

Циркуляция нидкости и создание давления в контуре осуществляется насосом.снабженным напорным баком.С целью уменьшения пульсаций давления в нагнетательной линии установлен блок успокоительных баков.

Обогрев экспериментальной трубы и предварительный нагрев жидкости осуществляется электрическим током низкого напряжения.

Основным узлом установки является экспериментальный участок, представляющий собой акустически открытую с обоих концов вертикальную, трубу.

В начальной части трубы имеется участок гидродинамической стабилизации.Длина и диаметр обогреваемой трубы выбираются по условию опыта.

Во время проведения опытов температура жидкости на входе и выходе экспериментальной трубы,а также температура наружной стенки трубы, измерялись хромель-колелевыми термопарами диаметром 0.2 мм. Показание термопар регистрировались с помощью потенциометра типа ПП-бЗ.в пульсационном ревиме-цифровым вольтметром В7-16А.И автоматическим самопивущим потенциометром КСП-4.Давление жидкости на входе в экспериментальную трубу и выходе из нее измерялось образцовыми манометрами.Расход нидкости измерялся объемным методом.Сила тока определялась с помощью трансформатора тока УТТ-5 в сочетании с амперметром.Падение напряжения на экспериментальной трубе измерялось вольтметром. ■ *

Для измерения амплитудно частотной характеристики /АЧХ/ термоакустических автоколебаний давления (ТААК),генерируемых в трубе, использовался индуктивный датчик давления ДДИ-21.Датчик работает в комплекте с индуктивным преобразователем ИВП-2.Сигнал переменного акустического давления с выхода преоброазователя ИВП-2 подавался на вход осциллографа С1-68 и дублировался влейфовым осциллографом Н-117/1.соединенным через преобразователь напряжения ПН0-4 с выходом индуктивного преобразователя ИВП-2.Анализ АЧХ ТААК давления осуществлялся панорамным анализатором спектра СН4-56.

• Температурный режим парогенерирукщих труб исследуется при стационарном тепловом реккме.Экспериментальные данные по теплоотдаче обработывались по общепринятым методам. Максимальная погрешность определения коэффициента теплоотдачи составляет 23'/..

" В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования температурного реаима стенки при Р^Р^р и кипении толуола вблизи критического давления.Температура видкости на входе экспериментальной трубы была меньие.а на выходе - меньше или равна температуре насыщения толуола при заданном давлении.

• ; На рис.2 представлены графики изменения температуры стенки по длине трубы при давлении Р/Р*р=-0,7Т .Из рисунка следует,что при умеренных тепловых потоках и ¿с < изменение температуры '¿тенки соответствует нормальному режиму конвективного теплообмена однофазного потока/кривая 1/.С увеличением теплового потока температура стенки достигает значения температуры насыщения толуола и на графиках зависимости 1с-^(*/с/) образуется горизонтальный участок ЙВ,характерный для процесса ¡кипения /кривая 2/. При определенном значении относительной энтальпии /паросодервания/ £.-'(1 возникает кризис кипения и резко возрастает температура стенки.С дальнейшим увеличением теплового потока характер распределения температуры стенки по длине трубы не изменяется. Однако месторасположение кризиса кипения перемечается в направлении обратном двняешш видкости.температура стенки возрастает приблизительно на 2004. '.' , ; '

5 1 Опыты,проведенные при давлении .свидетельствует о

другом характере изменения температуры стенки по длине трубы,т.е. монотонное возрастание • ¿с . носит замедленный характер /рис 3/. ' С( увеличением давления граничное значение относительной энтальпии уаеньиазтся и при кризисное явление возникает при от-

рдар.цльных значениях паррсодервания.

I В работе приводятся зависимости критического теплового потока от оросительной энтальпии,массовой скорости и от давления толуола. Полученные результат сравниваются с данными для воды,и выявляются закономерности йзменения критического теплового потока.

• Четвертая глава посвяцена исследованию температурного ревииа

стенки трубы при сверхкритических давлениях толуола.Отмечается,что данные,полученные при ни':ких и высоких температурах аидкости отличаются друг от друга и подт,вер«даат существование нормального улучиенного и ухудшенного ревимов-',теплоотдачи с. различными' . характерами изменения температуры стенки.

В настоящей работе исследования,охватывающие широкий диапозон изменений реяимных параметров,включающий вышеуказанные два рекима теплообмена,проведены на едином теплоносителе -^.толуоле.Полученные данные анализируются в отдельности'.для низких^/г^гда^г О,/¿7) и высоких^^/^-^Д5г#$емператур яидкости.Для полноты анализа температурного реяима стенки при сверхкритических давлениях назрела необходимость,в основном,исследовать теплоотдачу толуола в трубах с большим диаметром и обогреваемой длиной,данные по которому отсутствуют в.литературе.

В опытах рекимные параметры изменялись в следующих интервалах: 1.При низких температурах нидкости.на входе в трубу:

t . Г wo f 300мм\ dp =3 Oo- 6 SO Ml

2.При высоких температурах жидкости на входе в трубу:

а)прй подъемной двияении:

jDU-(SOi-3ZO) кг/(мг c)j

^обог *'М°±*200-мм) 6, дОмм.

б)при опускном двивчнии: ■ ' .

Р!Ркр= тitU.p»^ -Qso- tJifW+W;

tcl{«p=0,56~ i80\ ' j>(/sC90'fS0j кг/C/t*с/; LöortM+VM) dg — 6,50мм.

В опытах число Рейпольдса изменяется в иироких пределах,охватывающих ламинарный,переходной1и турбулентный режимы двияения.

На рис.4 представлены графики изменения температуры стенки по длине трубы при подъемном двияении толуола в вертикальной трубе. Как видно,при низких температурах толуола и f ¿'"¿^ изменение температуры стенки по длине трубы такое ке.как и при нормальном реяиме теплоотдачи /кривая 1.2/.С увеличением плотности теплового

потока температура стенки увеличивается по всей длине трубы. При ламинарном режиме движения и ¿с > на кривой зависимости получаются перегибы.В начальной части трубы на участке тепловой стабилизации ¿с увеличивается.затем снияается.При переходном и турбулентном ревимах двихения такие перегибы на кривой (£) наблюдаются при Iс^ 300°С.и с приблинением ¿^ к { толуола изменение температуры стенки по длине трубы носит волнообразный характер /кривая 3/.При дальнейшем повышении теплового потока температура стенки по всей длине трубы становится больше ^/л исследуемой видкости и при ¿с > 400 С в трубе появляется пульсация давления яидкости и температуры стенки.В данном опыте начало колебательного процесса соответствовало значении^ 6,7.1(?*Вт/м*. С дальнейшим повышением плотности теплового потока до^=?,45.10 Вт/м2 температура стенки снинается /кривая. 6/.

На рис.5 показаны изменения температуры стенки при высоких температурах нидкости на входе в трубу.Как в коротких,так и в длинных трубах, независимо от значения температуры нидкости на входе в трубу, при изменение температуры стенки соответствует нормальному реаиму теплоотдачи. При ¿с ^^распределение температуры стенки имеет другой характер.В этих опытах в начальной части-трубы температура стенки изменяется незначительно, начиная со среднего участка трубы растет /кривые 2,3 /. С увеличением плотности теплового потока сечение трубы, соответствующее началу роста температуры стенки перемещается к входной части ее и длина участка трубы, соответствующая местному повывении температуры стенки увеличивается /кривая 4./ Таким образом, при низких температурах видкости и ¿">400 С в пульсационном реаиме,теплоотдача улучшается и снинается температура стенки. При высоких температурах видкости иг!<>400 С наблюдается ухудшение теплоотдачи и соответственно температура стенки возрастает.Анализ опытных данных показывает.что при больших значениях массовой скорости 240 кг/(н?с)/начало ухудшенно-

го рекима теплоотдачи соответствует значенииЦ/ри = 0,55-0,60; 0.80-0.90,а при малой массовой скорости:(/з*/=60-130 кг/м?с)

■(Щ>и 1,20-1.30 ; ¿/£р=°»95-1,00.

В работе подпобно анализируется изменеие температуры с-енки по длине трубы и зависимость ее от плотности теплового потока при

подьемном и опускном движении толуола и при различных массовых скоростях и температурах жидкости.Некоторые результаты сравнивают« с данными для воды.установлено,что при подъемном и опускном двиве-. нии начало роста температуры стенку соответствует энтальпии толуола 1000 - 1050 ,кДв/ кг.и < 0,6. /рис.5/.

В пятой главе излагаются результаты обобщения экспериментальных

данных по теплоотдаче при турблентном,переходном и ламинарном ре-вимах двивения и сверхкритических давлениях толуола.

Экспериментальные данные по теплоотдаче при СКД вещества определяют неравномерности распределения температуры стенки по длине нагреваемой трубы.Причинами такого характера изменения температуры, стенки могут слувить сильные изменения Физических свойств теплоносителя при СКД,влияние свободной конвекции,возникновение термоакустических автоколебаний давления видкости,термическое разлояе ние углеводородов.Естественно.эти факторы влияет на гидродинамику потока к. интенсивность теплоотдачи.В результате этого при СКД вещества улучшается или ухудиается теплообмен в отличие от нормаль-, ного ревима теплоотдачи.Соответственно этим ревимам теплообмена изменение температуры стенки по длине трубы имеет различный ха-* рактер.Поэтому при расчете температуры стенки необходимо знать условия возможного возникновения различных ревияор .хеялпптда.чи.Расчет теплоотдачи и проектирование тепл'ообменной аппаратуры требуе* предварительного анализа ревимов теплообмена.В тех случаях.когд*. имеет место один из ревимов теплоотдачи.расчет температуры стенн< упрощается.Однако при определенных сочетаниях режимных параметров на отдельных участках теплообменной трубы формируются различны! режимы теплоотдачи.Например,в начальной части трубы наблюдаете* нормальный режим,в средней части-улдучиенный режим,а в конечной части может быть ухудшенный режим теплоотдачи.Поэтому необходим«) знать и предсказать условия возникновения вышеуказанных ревиыо# теплоотдачи и определить границы применимости расчетных уравнений!

В работе анализируются влияние свободной конвекции на интен; сивность теплоотдачи при вынужденном движении толуола.Установлено что при турбулентном режиме движения существенное влияние свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи наблюдается при ^

&2 > 5,5.107,при переходном режиме двивения - 0-2. > 4,5.10 а при ламинарном режиме движения -(?2>10 .

1С —.

На цис.6 представлены графины изменения коэффициента теплоотдачи по длине трубы х/с/) при подъемной ламинарном ре-виме двикения толуола.Иэ этих графиков следует.что при низких температурах стенки изменение по длине трубы соответствует нормальному реаиму теплоотдачи /кривая 1/.С увеличением теплового потока наблюдается влияние свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи.которое проявляется сначала в конечной части трубы,и по мере повышения теплового потока перемещается к ее начальному участку.'

' При зтоц на кривой зависимости появляются перегибы.

В ¡начальной части трубы на участке тепловой стабилизации коэффициент-теплоотдачи уменьаается,а в конечной части ее увеличивается /кривая 2/.С дальнейшим увеличением теплоБого по.тока,сначала длина участка тепловой стабилизации укорачивается/кривые 3 и 4/,а потом исчезает/кривые 5 и 6/ и коэффициент теплоотдачи увеличивается по всей длине трубы. ■ ; '■■■',-■ .

5! Аналогичные закономерности изменения коэффициента теплоотдачи по алйне трубы наблидаатся и при переходной и турбулентном режиме двивения и при других режимных параметрах /рис.*?/.В таких случаях изменение температуры ,стенки и теплоотдачи,по длине трубы описывается несколькими уравнениями.Поэтому необходимо определить границы применимости этих уравненкй.Обычно из графиков зависимости определяют длину трубы; после которой наблюдается влияние свободной конвекции на[ ''теплоотдачу.йа .основении экспериментальных д&нны* для определения Хкр получены следующие' выражения: для ламинарного реяима двикения ;

V , /1/

дл& турбулентного рагима двивения

, ._ , ОЗО

= 0,026 (ее• /2/

В работе приводится:гнализ экспериментальных данных при ул-учненном ревиме теплоВтдачи.Установлены следующие виды улучаенного режима теплоотдачи; ''•

а) улцчиенный реким ^Епдоогдачи, сопровоядсЭ&Шогй термоакустическим ' йвтоколебаниек дуьлони'я «едкости.и иабяидаейий при низких тем-

пературах толуола; б) улучиенный режим теплоотдачи,возникающий в результате влияния свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи.и наблюдаемый при высоких температурах толуола без пулвсации давления жидкости и температуры стенки.

При опйсании экспериментальннэх данных по теплоотдаче в режиме существования ТЙЙК в расчетные уравнения вводится колебательное число Рейнольдсау?^ = г^/Ро^/^ .На основании экс-, периментальных данных получается выражение для определения частоты (^)'л амплитуды .колебания давления^,} .В рабоге получены уравнения для.расчета теплоотдачи при переходном режиме движении толуола. .

При описании экспериментальных- данных при улучиеннои режиме теплоотдачи,полученных в результате влияния свободной конвекции,в расчетные уравнения вводится число (? г «При этом определяется влияние свободной конвекунл на интенсивность теплоотдачи при турбулентной,переходном и ланинарноы режиме движений.

Для турбулентного подъемного режима движения толуола в вертикальной трубе с внутренним диаметром до 6,3 мм,обогреваемой длиной до 1200 мн.при температуре жидкости близкой к критической I =/0.80-0,90/ н&г 5.10* получено уравнение /рис.8/.

где -¿ж$С^^зк 'сте"5НЬ /7 = 0,25 при :

¿с< ({„-Яф и ¿с > ¿гг, .и /7= 0,50 при изменении ; температуры стенки от ¿е до 1е = 1т .

Экспериментальные данные по улучзенному режиму теплоотдачи при переходной решме двияениа и высокий температурах аидкостн на виде в трубу и при 5000 </<?€> < 10000 и^р , > 4.5Л03-опяснзавтса уравнением Щс/ /~Уе.а . •

Экспериментальные данные ло улучаенному . ревииу теплоотдачи

- 14 -. 3

при ламинарном двиаении и(?р >10 описываются уравнением /рис.9/:

Показано,что экспериментальные данные по нормальному режиму теплоотдачи при ламинарном,переходном и турбулентном режимах движения толуола описываится известными критериальными уравнениями.

В работе анализируется также ухудшенный реким теплсотдачи пэи подъемном и опускном двиаении толуола в вертикальной трубе.Отмечается,что при турбулентном режиме двиаения и высоких температурах толЦо-ла ухудиенный реаин теплоотдачи имеет место и при подъемном и при опускном движении аидкости. Возникновение ухудшенного режима теплоотдачи при вынужденном двиаении не поддается точному определенно,оно зависит от тепловых и гидродинамических параметров.Опыты с толуолом показывает.что переходом улучшенного режима теплоотдачи к ухудшенному,возрастание температуры стенки может привести к разрушению стенки аппарата.

Абсолютное- значение температуры стенки зависит от режимных параметров.При низких температурах аидкости и тепловых потоках температура стенки увеличивается на несколько десятков градусов,а при высоких температурах-на несколько сотен градусов.

Надежность работы теплоебкенных аппаратов работаввик при СКД вещества,зависит от интенсивности охлаждения высокотемпературных поверхностей.По этой причине улучиенний ревин теплоотдачи благо-рраатен для работы аппаратов.

При эксплуатации теплообменников во избежание возникновения ухудаенного режима теплоотдачи необходимо правильно выбирать тепловые и гидродинамические режимы в аппарате.Поэтому прч проектировании и эксплуатации теплообменных аппаратов важно знз.'ь условия возникновения ухудвенного ревима теплоотдачи.Определение температуры стенки при ухудшенном реаиме теплоотдачи является сложной задачей.В практических расчетах теплообменных аппаратов задаются .'такие параметры как тепловой поток.расход и температура видкости.а температура стенки определяется.Скачкообразное изменение температуры стенки,имеющие место при ухудшенном режиме теплоотдачи невозможно определить с помочью обычних уравнений конвективного тепло-

обмена,так как температура стенки неизвестна.Метод последовательного приближения дает удовлетворительный результат при монотонном изменении температуры стенки по длине труба,что неприменимо для ухудиенного режима теплоотдачи,Для определения температуры стенки.:, при ухудшенном режиме теплоотдачи получено эмпирическое уравнение:

-ДЛ7

ato , . ч

К=г,25Ръж- (фис^)

где К я 0 W ^/о U - безразмерный комплекс,

' С лр'зК

. ^np^ylPcCp&t - приведенная скорость,

¿ps средняа теплоемкость толуола.

Из выражения

/6/

к

(?) (8)

определяется значение энтальпии £с и.соответственно, температура стенки.

Возникновение ухудвения теплоотдачи определяется графически зависимостьв X «/ (ТПр) . На графике'зависимости Л' получается перегиб. Температура,соответствующая месту перегиба.определяет ту приведенную температуру ТПр-(£^иСрж .при которой улучзенжгй режим теплоотдачи переходит к ухудвенному. Зная температуру Г„р .соответтвувиуи месту перегиба зависимости

(7пр) • аожно определить участок трубы, где происходит ухудшение теплоотдачи.

Выводы

1. Зкспериаентально исследован температурный ревим стенки при до -и сверхкритических давлениях"толуола. При докритических давлениях тенпературный режим стенки исследовался при кипении толуола вблизи критического давления. При сверхкритических давлениях температурный резим стенки исследован при ламинарном, переходном -и турбулентном ревимах движения толуола в той области изменения ревимных параметров.который ранее не был исследован

или исследован незначительно.

2. Обнаруяено.что вблизи критического давления толуола при Р<£}<р с наступлением кризиса кипения наблюдается монотонно замедленный рост температуры стенки. , Установлены закономерности изменения критического теплового потока в зависимости от ревимных параметров.

3. Установлено влияние свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи при Р> Ркр •

Определена длина трубы, после которой-необходимо учесть влияние свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи при вынувденном дривении толуола в вертикальной трубе.

4. Обнаруаены два различных вида учучыенного "" " теплоотдачи:'

а) Реаим теплоотдачи,сопрововдаеыый ТААК давления ендкости.Этот "реш* наблюдается в опытах при низких температурах толуола.

б) Ревим теплоотдачи,формируемый под влиянием свободной конвекции на интенсивность теплоотдачи. Этот реяиы наблюдается в опытах при высоких температурах толуола без пульсации давления аидкости. ч

Б. Установлено.что при Р>Р*рл > 0,вОл ^

энтальпии толуола 1000 - 1050 кйв/кг при определенных сочетани-. ; ях тепловых и гидродинамических параметров улучшенный ревим теплоотдачи переходит к ухудшенному.

Предлавены' уравнения и методы определения температуры стенки . при ухудвенном ревиые теплоотдачи. . 6. Обобщены в виде критериальных уравнений экспериментальные данные нормального и улдчвенного реяима теплоотдачи при турбулентном, переходном и ламинарной реяияах двияения толуолз в верти/ калькой трубе.

Условные обозначения: Р- давление.МПа; теапера*ура,вС; ¿^-температура видкости. соответствующая каксикальном теплоемкости при Р>Ркр . о'-диаметр труби.им; X - расстояние от входа труба.аа; £'- длина трубы, ын; О - плотность теплового потока,Вт/м' . плотность яидкости,кг/иг динамическая вязкость. Па с/ы* ; кассовая скорость, кг/1 игс) : I -витальная, кДя/кг: $г>Р-г 'Ми ~ числа Рейнодьдса.Грасго-фа.Прандтла.Нуссельта.

Индексы: з - экспериментальный: Р - расчетный. Кр - кри-

тнческий; вх - вход: вых - выход; ср - средний; в - внутренний;

н - нарулный; s - жидкость; с - стенка; обог - обогреваемая.

Список публикаций по теме диссертации;

1. Рзаев М.А., Келбалиев P.C., Мамедова О. Ухудвение теплообмена при турбулентном режиме движения углеводорода. Тезисы докладов 8-ой Всесоюзной конференции: Двухфазный поток ь энергетических мааинах и аппаратах. -Л.. 1990, -т.2 - с.376-377.

2. Мамедова Д.П., Дьяченко Й.И.. Рзаев H.A.. Келбалиев P.O. Теплоотдача турбулентному потоку в трубах при сверхкритических давлениях, толуола. Изв.вузов СССР. Нефть и газ. - 1931."- H 5. г с.52-5?.

3. Мамедива Д.П., Рзаев М.Й.. Келбалиев Р.Ф.. Рзгимов O.A. Теплоотдача в пароге.'.ерирувцих трубах при сверхкритических давлениях веаества. Изв.вузов СССР.Нефть и газ. - 1991. - H 8. - с.56-59.

4. Вердиев Ч.К., Дьяченко И.И., Келбалиев P.O., Рагимов Ф,А. Уравнение теплоотдачи в переходной области течения в условиях возбуждения термоакустических колебаний. Тематический сборнмк научных трудов. Технология обработки воды на ТЗС. теплофизические свойства и теплообмен электролитов и лг.дкостей. - Баку. 1991. -с.66-69. •

5. йбдуллаев K.M., Рзаев М.Я,. Келбалиев Р.Ф. Теплоотдача при сме-аанной конвекции и сверхкритических давлениях толуола в вертикальных трубах, гИзв.вузов. Нефть и газ. - 1993. - N 1. - с.49-

.52,

6. Пепинов Р.И.. Келбалиев Р.Ф. Теплоотдача органических теплоносителей при опускном движении. Тезисы докладов республиканской научно-технической конференции. Энергетика Азербайджана в условиях экономических реформ. - Баку,1995. - с.58.

7. Rzaev H.A.. Bayraaov О.. Kelbaliev R.F. Heat- génération of organic heat carries at extre«ely critical pressures. International coneress Enerav,EkoloBV,Econo>y.- Abstracts - Baku,1995, - pp.174.

8. Пепинов P.И..Келбалиев Р.Ф..Бабаева C.B. Температурный ре*им труб при сверхкритических давлениях толуола.Сб.научных трудов. Повиаение эффективности функционирования электроенергетических системы и ее элементов,-Баку,1997.-с.178-183.

- IB -

-.. В опубликованных работах Келбалиевым P.O. вносится следующий вклад: •

Экспериментальное исследование температурного.режима стенки и; теплоотдачи во всех опубликованных работах выполнено автором.

В работе И] установлено.что при высоких температурах толуола возникает ухудвенннй реаим теплоотдачи и при этом температург стенки возрастает.

В работе 123 предлагаются, уравнения и методы определения тем^ "ературы стенки при ухудшенном режиме теплоотдачи.

' В работе [3] приводятся результаты экспериментального иссле^ дования теплоотдачи с органическим рабочим телом при генерации naj !ра в трубе. •: ' > В работе [42 получены уравнения для расчета теплоотдачи в пе реходном режиме движения.и при сверхкритических давлениях толуол« в условиях возбуждения термоакустичёских автоколебаний.

• . В работе 151 выявлено влияние свободной- конвекции на интен сивность теплоотдачи при вынужденном движении и при сверхкритических давлениях.толуола. Установлено, что под влиянием свободно* конвекции теплоотдача улучвается, но при определенных сочетания» тепловых и гидродинамических параметров улучшенный режим переходит к ухудиенному режиму теплоотдачи. <

'В работах 10.73 приводятся результата экспериментального ис-' следования теплоотдачи при подъемном и опускном движении толуола."

\ Н В работе- Ш устайсвлрны особенности температурного режима rtpy6tпри свадхкритических Давлениях толуола.

Рис Л. Принципиальная схема экспериментальной установки

I-напорннй бак:2-вентиль.З-злектродвигатель:

4-четырех плунзерный насос;5,?,8,22-вентили тонкой регулировки: 6 - блок успокоительных баков: 9-токоразделители участка предварительного нагрева: 10-участок предварительной нагрева:

II-Авторансформатор;12-понияавщий транформатор: 13-образцовый манометр: 14- экспериментальная труба: 15- потенциометр ПП-63 или цифровой вольметр:16-электронный потенциометр:1?-автотранс-форматор; 18- понижавший трансформатор;19-трансфорйатор тока, 20-акустические развязки; 21-токоразделители эксперментального участка; 23-холодильник; 24-мерный бак: 25-вентиль.

tc-Л ¡no

350

и

£50

- ¿U

0-1 a-Jt Г

/

в V

0 о

o 25 iO •цнг -e^tesjer-ojo-cjtj

? Sfit .tlft B,lSí o,tij ctjj

i W -Ofi tt. ot oí (se/ o.m 1

Рис.2.

Изменение температуры стенки по длине трубы приР=3.0 НПа. J>и = 326,?кг/(м[с).dfjfde=6,0/4,0 мм. 4ferг30Oми.<I.10",Bт/м,' : 1-0.406. 2-2.175,3-2,573.

USO

35с Ú

О A-i о-5 С

' / V

_______

«5

50

-¡.Я -IX -ifí

1-м -W-W-W -W -ift д. Э-W '.lis -tj> -Ш -и* -в,»*

Рис.3. Изменение температуры стенки 'по длине трубе приР=4.0 НПа, -0^246.5 кг/(!^С).с£/с^6.0/4.0 мм. О^300 мм,а.10 Вт/и :1-0,233>2-0,744. •3-1.080.

Сс

4оо А»

200

Рис.

0-/ 4-» 0-* к V 0——.а' Р

у д

О--

пливпсппь I • ЗУ ...........- ------

твибы приР=?.О НМа./г/=290 кг/(мг.с) ¿Ш = 3.5/4.0 мм. С =20'С' 0.1ОГ»т//.1-О.вб. 2-2.45. 3-3-01. 4-4.39, ^5-7.38. 6-7.45'

¿/С

500 ■

ш и

5й0

Рис.5.

•о./ Л -3 « -4

X]

- о— о. „_а-- л——3"""* * о

и-

Ж 600 500 Изменение температуры стенки по длине трубы при/>=5,0 Ш1а, Р =1200ым, <^/^=6.3/8,0

» 244'С./^ 132 кг/(м*.с). £.10ГВт/м4:1-0.30,2-0,59,3-1.78, 4-2,27.

té*

50

0 So i А г / ° 4

/'-Л

—сг-и-—

40 Ш: _ 4Ш Х-10'5

Рис.6, Изменение числа Нуссельта по длине

трубы при подъемном ламинарном режиме движении ^олуола для р =^.5 НПа: ^*95кг/<м?сК ^Д=0,087. ' 10*вт/м* 1-0,511 2-0.88;3-1.42;4-1,48;5-1,91:6-2,69.

Huso

43

(} ?

у i* УЁз /i

и 1» ^ "

100 х-10*

Рис.7. Изменнение числа Нуссельта по длине

•гоубы при опускной трубулентном рекнме

о движении^толуола для.

;/НМ30кг.'(М?с): "tj/^ь.ъъ, ф . Ю8т/и* 1-0.12:

=4.5 Ш1а; J

2*0,32:3-0,64; 4-0.96:5-1,30.

фиР

10 О 8

У Л5/.

-а-'--- 0 0 о —в ~ о ОС 0. о _ V 0 0 йЯ' роГ

О 1 " О "( в 0 о

__

г"о1 Г 4 б в я" 2 (тг}&

Рнс.8, Зависимость числа при .

подъемной турбулентном ренине двинэния толуола в вертикальной трубе.

/ ^

о о И"

*> 0 « .в

^в О ^ ео

9 О ^ ° ^ 0

2 '1 _1 I _

2 II ГГг^7

Рис.9. Зависимость^/^ от числа В'г- при . подъемном ламинарном ревиме двииения толуола в вертикальной трубе.,

АННОТАСИЛА

Диссертаси]а ишиндэ толуолун критик твэjиrинявн кичик ги]мзтлзриидэ га]нама просесиндэ вэ критикдэн бо]ук тез->1глэрда , ламинар , кеч ид вэ турбулент режимли ахым-ларында бору диварынын температур режим и вэ истилик-сермэ тэдгиг едилмиш вэ ¿ени течруби ги]мотлэр алынмыш-дыр.

Бухар Иасил еден боруларда га]нама просесинин боИра-нында теза Ьалына олан истилик /укунун режим пара-метрлэринден асылылыгы 0]рэнилиб.

• Толуолун критик тэз]игине ]ахын таз]иглардэ га]нама просесинин бсЛраны башла]анда дивар темпвратурунун мунтэз-эм шэкилдэ артмасы муэрн едилиб. •

Толуолун критикдэн ]уксэк твз]иглэрдэ мвчбури 1юракэ-тинде.сврбэст конвекацанын истиликвермэ просесинин интен-сивли]инэ тв"сири о]рэнилиб:.

Истиликвермэнин ]ахшылашмыш режиминин ики мухтечиф нову ашкар едилиб вэ бу рёжимлэрдэ дивар темпвратурунун до]ишилмэ ганунау]гунлугу о]рэнилиб.

Субут олунуб ки,ма]ет:н .температуру критик температура ]ахын,диварын температуру исо ондан бо]ук оланда истиликвермэнин ]ахшылашмыи) режим и писшшмиш режима кечир. Истиликвермэнин пислэшмиш режиминда дивар темпвратурунун те"]ин едилмэ тэнлн]и верилиб.

Критик тефгдэн ]укоок теа]игпврдэ толуолун ишупи боруларда турбулент,кечид вэ ламинар режимли ахымларында ррли истиликвермэ эмсалыны Ьесабламаг. учун тенли1,г>эр верилиб.

KELBALIEV R.F.

• THE TEMPERATURE REGIME OF STEAM-GENERATING.

' TUBES AT PERI-CRITICAL PRESSURE OF THE MATTER ■ (TOLUENE)

ANNOTATION

Thesis uork Is ¿educated to investigation of the temperature regime of tube walls.There were obtained neu experimental date on this reglae and on convective heat transfer during toluene boiling at untier-critical pressure.as well as in lassinar, transient and turbulent -conditions of toluene flow at super-critical pressure.

1't was .studied 'toe dependence of heat flow in the burn-out process on theser regice iparawters in the stean-generallng tube, uhich led to default satiation.A uonotonic decrease of walls teaperature uith"burn-out ii:n the vicinity of toluene critical pressure'uas revealed.,

There uas found the influence of free convection on heat trens-fer intensity at forced flou and super-critical pressure of toluene.

T«o different kinds of improved regime of the. heat transfer uere disclosed ahd for these regiaes the history of tenperature variation of walls was found. .

It uas proved.that at peri-critical teaperatures of the llorald and super-critica! ualls'tenperatures the inpreved heat transfer regiae passed te the inferi-er one.The equations.intended te fieleraine the ualls'tejiperature for, the Inferior heat transfer regiae, uere presented.

The equation for corcpretation of local coefficients of tlie heat transfer in laminar.transient and turbulent regimes of teluene flou thmigh the vertical tube «ere suggested.