автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Теплообмен в жидком азоте в интенсивных полях центробежных сил

* О' ...

АКАДЕМИЯ НАУК СССР-ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ О I ДЕЛЕНИЕ' ИНСТИТУТ ТЕПЛОФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 53А.248.2

ПУКОВ Владимир Егорович

ТЕПЛООБМЕН Б ЖИДКОМ АЗОТЕ В ИНТЕНСИВНЫХ ПОЛЯХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

05.14.05 - теоретические основы теплотехники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск-91

Работа пополнена о Институте тслло<риаикм СО ЛИ СССР

Научный руководит<2ль — кандидат физико-математических наук »

старший научный сотрудник Луцст М-0-

Официальные оппсженти! — доктор тпхническик наук г старший

научный сотрудник Маленков И-Г.

- кандидат технических наук» старший научный сотрудник Жуков В -М-

Ведущая организация! Фиоико-технический институт низких

температур АН /ССР

:я -Й-J

Защита состоится 991г.о_.У_____часов на

заседании специализированного совета К 002.65.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте теплофизики СО АН СССР по адресу: ¿30090т Новосибирск 90> пр.Акад.Лаврен-тьеваг 1.

С диссертацией можно ознакомиться о библиотеке Института теплофизики СО АН СССР.

Автореферат разослан "---" — --------/^-^-1991 г.

Исх. N

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук / Ярыгин В.Н.

-1

окшля характприпикл работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ- В ппсладние 10-15 лет оозрос интерес

исслслпвателсй к изучении теплообмена п криогенных жидкостях во вращающихс я системах. Нрактичегкии интерес к этой проблеме обусловлен работами по созданию сверхпроводящих генераторов больших единичных мощностей. Криогонератори г создаваемые о СССР и США » имеют вращающийся сверхпроводящий индуктор. Для исключения аварийных ситуацииг связанных с выходом обмотки индуктора из сверхпроводящего состоянияг необходимо иметь полные данные о влиянии вращения на теплоотдачу к криогенной жидкости. С точки зрения физики процессов теплообмена представляет интерес изменение ускорения гравитации о широком диапазоне значений. Это необходимо для проверки справедливости соотношений? характеризующих теплообменные процессы» в тех случаях» когда о этих соотношениях присутствует ускорение силы тяжести (например в описании конвекции» кипения или кризиса кипения). Кроме того? радиальное движение среды во вращающихся объектах» обусловленное топлообмонными процессами» вызывает действие силы Кориолиса» о влиянии которой на интенсивность теплоотдачи» в условиях большого объема» практически» нет данных. Большая часть исследований теплоотдачи к криогенным жидкостям в поле центробежных сил проведена на жидком гелии. В меньшей степени на жидком водороде и азоте- Следует отметить» что с открытием высокотемпературной сверхпроводимости становятся актуальными исследования на , жидком азоте» прогнозируемым для использования а качестве хладоагента.

ЦЕЛЬ РАБОТМ: Определение количестоенных характеристик теплообмена для различи« режимов отвода тепла в широком диапазоне изменения центробежных ускорений. Выяснение влияния ускорения Корио-лиса на теплообменные процессы в услэпиях большого, объема.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Вгтероые получены экспериментальные данные по теплообмену на плоской поверхности в жидком азоте при наличии полей массовых сил интенсивностью до 5000^. Предложена "карта режимов теплообмена"» являющаяся удобным способом представления информации о режимах теплообмена во вращающихся системах и позволяющая определить режим теплообмена по исходным параметрам С? ^ .

Показано» что во вращающихся системах з режиме турбулентной однофазной конвекции при Rq_ > 3 П ^ наблюдается влияние размера теплоотдапщей поверхности (о дальнейшем ТП; на интенсивность теплоотдачи. Б неврашающихся системах такое влияние отсутствует» в данном диапазоне чисел Рэлеч.

Впервые показано» что по вращающихся системах в режиме неразвитого кипения интенсивность теплоотдачи существенно зависит от размера ТП н направлении действия ускорения Кориолиса» при размерах TIT существенно больших капиллярной постоянной.

Впервые показано» что интенсивность теплоотдачи з режиме раз-9 и тог о кипения сложным образом записит непосредственно от центро-

(техник пррегруопк- п широком диапазоне изменения последних. .При

Впервые " экспериментально обнаружено* что с условиях большого объема ускорение Кориолиса» направленное одаль поверхности теплоотдачи» создает неоднородность условии для смени режимов теплообмена и делает возможным сосуществование на топлоотдаюцеи поверхности различных режимов теплообмена- Проведены прямые температурные измерения вблизи поверхности теплоотдачи» подтвердившие неоднородность условий отвода тепла пдоль по геплоотдающей поверхности.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы состоит в том» что предложенная "карта режимов теплообмена" во вращавшихся системах позволяет определить режимы теплообмена» знание которых необходимо для разработки и создания -езерхпроводяших электрических машин. результаты диссертации использованы в монографии Б.И.Веркин» Ю.А.Кириченко» К.В. Русаноп "Теплообмен при кипении в полях массовых сил различной интенсивности". Результаты могут быть использованы в ПО "Электросила"» ФТИНТ АН /ССР» ИВТ АН СССР» и организациях занимающихся разработкой теории теплообмена при кипении.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IX—аи Всесоюзной конференции па техническому использованию сверхпроводимости (Ленинград» 1983)» Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград» 1985)» 1-ом»Т.1~ом и Ш-ем Со-ветско-западногорманском симпозиумах по теплообмену в криогенных системах (Харьков > 1985! Карлсруэ »1987» Харьков > 1989) » ХУШ-ом симпозиуме международного центра по тепломассообмену "Тепло- и мас-сопередача в холодильной и криогенной технике (Дубровник» СОРИ»

1986)» 1У-ой Всесоюзной конференции по криогеннои технике (Москва»

1987)» Всесоюзном семинаре "теплообмен и гидродинамика по вращающихся криогенных системах" (Ленинград» 1987)» на 1У-оР1 и' У-ой Всесоюзной иколе молодых ученых и специалистов "Современные проблемы теплофизики" (Новосибирск» 1986»1908)» конференции молодых ученых и специалистов "Процессы тепломассопереноса в энергетических установках" (Минск» 1988)» международной школе-семинаре "Тепловые труби: теория и практика" (Минск» 1990). Основное содержание диссертации изложено в 16 опубликованных работах.

СТРУКТУРА И ОБ-еЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения» четырех глав» заключения и списка литературы из 66 наименований. Содержание работы изложено на 120 страницах» включает 82 страницы машинописного текста» 7 таблиц и иллюстрируется 39 рисунками.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ» ПРЕДСТАВЛЯЕМЫЕ К ЗАЩИТЕ.

-Техника для исследования теплообмена в полях центробежных сил интенсивностью до 5000 » включающую вращающийся криостат и

автоматизированную систему сбора и обработки информации.

не зависит от перегрузки» при

7? 200

-Мг-тодика намерении -

-Ррпулмлты измерения тсилоат/и'ни с жидкому азоту а условиям естественной циркуляции при наличии полей массоамх сил инт^нсип-носп.ю до 5000^.

-Представление результатов измерении о виде "карты режимов теплообмена"

-Закономерность влияния цггнтр обежног о ускорения на ишемсив-ность теплоотдачи п развитом кипении.

-Экспериментально обнаруженный э<рч>ект воздействия ускорения Кориолис^» на интенсионость теплоотдачи г, условиях большого обиема.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность исследований и приводятся основные результаты полученные п диссертации.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дан обзор исследовании.

В работах! предшествующих данной! советскими и зарубежными исследователями был проделан значительный объем работ по изучении теплообмена п поле центробежных сил.

Однофазная конвекция изучена в диапазоне центробежных пере-груаок до 3140 для криогенных жидкостей (гелий) и до 7236 для не-крийгенных (вода лрреон-11.12) . Экспериментальные данные описываются соотношением /\/и = <0-25 ^ П ¿г 0-396. 0.054^40.75).

Теплоотдача ттри кипении исследована в диапазоне перегрузок до 1В30 для азота на цилиндрических ТПг для гелия до 179. для воды до 7236.. В одних работах авторы отмечаот слабое уменьшение коэффициента теплоотдачи с ростом ускорения силы тяжести. о других показывают независимость КТО от перегрузки.

В диапазоне перегрузок до 2000 измерены критические плотности тепловых потоков. Обнаружена, что при больших перегрузках зависимость отклоняется от зависимости следующей из элементарной модели кризиса кипения Кутателадзе а сторону уменьшения

Во вращаощихся системах. при наличии радиального движения? обусловленного тегтлообменными процессами у действует сила Кориолмса. Исследований влияния силы Корислиса на интенсивность теплоотдачи в услззиях большого объема о литературнмх источниках обнаружить не удалось.

Основные результаты исследований опубликованы о работах Ю.н. Кириченко» Н.М.Левченко. С.Н.Файнзильйерг а.

На основании проведенного анализа литературных данных сделаны следующие выводы:

1- нет однозначного заключения о влиянии ускорения силы тяжести на интенсивность теплоотдачи о режиме развитого кипения!

2. неизвестно. оказывает ли влияние сила Кориолиса на интенсивность теплоотдачи в условиях большого объема.

Отсюда была сформулирована постановка задачи для экспериментальных исследований.

1. Исследовать влияние пращенич' на интенсивность теплообмена а

жидком азоте п условиях большого объема ма плоской ТП в диапазоне центробежных перегрузок до 5000.

2. Выяснить оказывает ли влияние ускорение Кориолиса на теплооб-менные процессы и условиях большого объема» и если оказывает* то выяснить каков механизм этого влияния и выделить режимы» в которых ;4ТО влияние существенно.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ дается описание экспериментальных установок» рабочего участка» делается оценка погрешности измерений.

Экспериментальные исследования проводились по следующей методике. Во вращающемся объеме» заполненном жидким азотом» размещалась исследуемая ТПг ориентированная по нормали к вектору центробежного ускорения й обращенная к центру вращения. Обеспечивался электрический обогрев ТП» на которой в зависимости от подведенной мощности и величины центробежного ускорения реализовался тот или иной тепло-обменный процесс. Для изучения теплообменного процесса в широком диапазоне перегрузок были использованы следующие методики: а) визуальные наблюдения процесса! 6) измерение теплообменных карактерис-

турный напор» в) измерение распределения температуры жидкости на расстоянии 1 мм от теплоотдающей поверхности.

Эксперименты проводились на двух различных экспериментальных установках» а именно: "оптический вращающийся криостат" (в дальнейшем установка 1>» позволяющий визуально наблюдать теплообменные• процессы и реализовать центробежные перегрузки интенсивностью до 2000» и "высокоскоростной вращающийся криостат" (в дальнейшем установка 2)г позволяющий реализовать перегрузки в диапазоне от 20 до 5500.

Рабочие объемы в обеих установках представляют вращающиеся вакуумноизолированные полые цилиндры» на внутренних боковых поверхностях которых располагались экспериментальные участки. Хидкий азот подавался в объем с помощью неподвижного криогенного канала» расположенного по оси полого вращающегося вала. Из установки 1 азот эвакуировался в виде пара» из установки 2 через сливные силь-фоны» поддерживающие уровень жидкости постоянным. В установке 1 имелись кварцевые окна для наблюдения процессов кипения. Установка 2 выполнена по принципу одноопорной подвесной центрифуги с длинным валом» благодаря чему установка является самоцентрирующейся.

Во всех экспериментах теплообмен изучался на плоской медной поверхности. В установке 1 ТП - терец цилиндра диаметром 12 мм» в установке 2 - основание прямоугольного параллелепипеда размерами 24 х 8 х 3.5"мм. Способ нагрева - косвенный» проволочным либо угольным электрическим нагревателем» смонтированным на поверхности медного блока параллельной ТП. Все поверхности блока» кроме исследуемой» теплоизолированы стеклотекстолитом и фторопластом. Внутри блока смонтированы 2 или 3 германиевых термометра сопротивления» расположенные в плоскости паралельнои ТП на глубине 1.0 мм» по показаниям которых определялась температура ТП. Зкспериненталь-

тик» таких как

плотность теплового потока и

мыс ^ЧТГ ПГИ ГЛ11.'1Г|.ЧИилл,

НПр И Г» ЛИ

глк 1 чтобы 1(7 бы.чд орт?нт ирпп 1,1 но ПГКТлру ЦС?П1 ¡,п.'',"ТМОГО угМ1рг;,,и» и К центру ц(М-

щсния. о-..,гтки усгаилвлиоались «доль .«с«.«р.,

нычеи стороной. На рис. 1

ускорения кприплига как 6ол:>о'Ч1г Г-Ч-: и иг показана структура измерении.

Источник тана. Тахог^вт^

Я=> 3 О Ф50

Микро-эвм "г?е.га - бс"

Рис.1 Структура измерений.

Для измерения температур, жидкости в об*еме на той же глубине, устанавливался германиевой термометр сопротивления, на иными словами на таком же радиусе или центра вращения > устанавливался специал! ботаннмй диссертантом недогретои гидкости.

рядэ эксперимент™ проводилось ипмег

что и ТП такой же глубине г что и ТГТ с расстоянии

1льно разра-измеряпций температуру насыщения

„„„____распределения тр

пературь, жидкости на расстоянии 1 мм от ТП ускорения Кприолиг

Для

направлении действия чтой дели бьгла изготовлена стеклотексто-

миниатипные ,„„ * Э°НДОЕ" °"риях которых располагались

миниатюрные кремниевые датчики температур», изготовлении- из бес -корпусных транзисторов КТ374Н. <?с

литовая гребенка из

Визуализация кипения регистрировался фотоагтггаратом

блядался в

проходящем спете. Источ

проводилась на установке 1. Процесс либо видеомагнитофоном. Объект на-

ником саета являлась мощная им-

пульсная лампа (ИСШ-100)г вспышки которой били синхронизованы с моментом совмещения экспериментального участка и кварцевого окна. Длительность вспышки не более 10 мке» энергия - 0.3 Дж. Частота вращения ротора определялась фотодиодным тахометром.

Термометрические измерения проводились на установке 2. Измерялись следующие величины: напряжение и ток нагревателя Uy г X// г температура ТП - ~Гц < в 2-3 точках) г температура жидкости »

температура насыщения на радиусе ТП - T^j » температура жидкости на расстоянии 1 мм от ТП в четырех точках» равномерно распределенных через в мм от края до края ТП вдоль вектора ускорения Ко-риолиса Ту •••Tij ' частота вращения ротора - (jO .

Измерения проводились в автоматическом режиме с использованием измерительно-вычислительного комплекса на базе ЗВН "Мера — ¿0". Информация из вращающегося объема передавалась через щеточным токосъемник. Измерения температур проводились цифровым прибором ФЗО» в режиме измерения сопротивления» измерительным током 100 пкй. Напряжение и ток нагревателя измерялись прибором ФЗО в режиме измерения напряжения с использованием согласующего делителя для Ыц и шунта для Ту - Коммутация приборов на требуемый канал производилась с помощью герконового коммутатора. Электрическая мощность нагревателя задавалась стабилизированным источником тока "4221"» производства ГДР» управляемым от ЭВМ. Источник тока программно отключался при достижении температуры 7ц значений 150 К> то есть в режиме пленочного кипения.

Основные погрешности измерений сведены в таблицу 1. Таблица 1. Сводная таблица погрешности измерений.

измеряемая

величина

погрешность

максимальная ! методическая ! приборная

Я

и»

Iн Тн Тж Ts лП

ъ

R

h .

-14.9 У.

- 4.84 X

- 3.74 X -1.2 У. (-5.2Х) -1.2/ (-0.4Х)

+ 2.6 К + -0.3 К н—0.5 К +-0.18 К

-1.36___+2.26Х

+- 0.4 V. -0.56.. . + 1.46Х -0.5...+1.3 мм

-14.7 X

- 4.64 X

- 3.54 X

- IX (-5 X)

- IX (0.2Х) + 2 10-6 К +- 0.3 К

+- 0.5 К 3 X +0.9Х

+0.9Х +0.8 мм

+- 0.2 У.

+- 0.2 У.

+- 0.2 У.

+- 0.2 X

+- 0.2 X

+- 0.1 К

+- 0.18 К +- 1.36 X +- 0.4 X +-0.56 /. +-0.5 мм

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приводятся экспериментальные данные по теплоотдаче в интенсивных поляк массовых сил в различных режимах отвода

тепла.

Данные по теплообмену получены в диапазоне перегрузок 20-5000 при толчине слоя жидкости пал ТП ^ -0-5 ми. ТП - прямоугольная Вх24 мм может быть ориентирована либо длинной либо короткой стороной вдоль направления действия ускорения Кориолиса.

Экспериментальные данные» саатоетствуоцие режиму однофазной конвекции» представленк! на рис.2 я виде зависимости числа Нуссель-

6 Л?а Ю"

Рис.;

Экспериментальные конвекции.

данные относящиеся

ве

ции ТП С =0.15.

к области- однофазной

Та от числа Рэлея. Данные обобщаются соотношением Ми - С'До.^ в диапазоне чисел Рэлея 1-Ю5... й-ю'". Величина коэффициента С различна для различной ориентации ТП по отношению к направлению действия ускорения Кориолиса. При ориентации ТП длинной стороной доль^ действия ускорения К'ориолиса (¿=24) С =0.13, при ориента-короткой стороной вдоль действия ускорения К'ориолиса ( = 8) Таким образом, во вращающейся системе обнаружено влияние протяженности ТП на интенсивность ственной турбулентной В услооиям отсутствия

влияние размера ТП

_ и .........теплоотдачи отсутствует.

В 1/ЗипГ-Гг.п _______________-3

теплоотдачи конвекции при числах Рэлея 1 вращения» о данном диапазоне на интенсивность теплоотдачи

в режиме есте-

10.. а-ю/0.

чисел Рэлея»

пузырькового' кипения,

качестве характеристики теплообмена □ области развитого 00 "Ращапщихся системах, часто используется

тГотГительГЛ°°ТЛаЧИ - - температурнону напору

ТП относительно температуры насыщения. Коэффициент теплоотдачи во

вращающейся системе является Функцией О » Р » чУ , Л Л„<, зависимости С*Г<. от О и Р и,-™ " ^ ' °"и"иия

Норишанским и ^ использовано соотношение предложенное

ьоришанским и др., основанное на термодинамическом подобии

се

ББ

Ь лит «•рлгирнмк иг т оч миг >< о т и п ч г> г г я г • 1 I о п р 1:п:ит^и КИП см:ии С/, с прасти'к'С,!/! 1 < с плгисш от I слогргоаи Поэтому» дл^ анализа и^-

о

иосрсдсторниогг, ; . личнкя к^нтробсжиогп у г I с л р синя на мнгоигипнос-ть ? е п л о о т }\а ч, ч » " м о * н о • • ' о Л и 6 щ д т I. .и ('с п ери п с* н г а л I.» ни« с данный соот ношением (• ■ 1» ) . - - Л л <ч т) д т (5 р р ж л (ч ч и я -г п р а о е д л и п ш'ч м такого тт () д >< а д а 6 ы л «я иродс-,чанд г (?р и ") к г гтер имен той ' я у с лоп п нормальной земной грапигтАцпиг \ )0 л»р и п с р г? ИС1 и <.,('< змачени ч-'.с' С/ т и ч причем неличмнм _Р и

у с та на п лип а лмсь.- - т ак ими г ■ то£м гпя г. ап, ситуацию пи д^илсмии и недогрсву экпип алонтну ю ро.я.чиу^гмои с " я р а и; а ¡о щ ом с я к риос га. тс- Огты г -^ т полученные о услооичх нормальной! грапигации и

< 1 ) сСвь

ни;1 знач с ни я отнесенные I;

оС

оеличинс расчитзинои по госгпошепии

"зелены ня гмс.З. оС^ - ^ Э ^ ^ $ Б

п р и -

1.3

о о

Е -

О --

¡Г)

»¿"■О °

0.04 ■ 0,05

а/? р/р.

ю'

а.аг

о.'

& а ю-1

6 в ю1

Рис .3

Развитое кипение в условиях нормальной гравитации < Т] = 1> при различных значениях С^ » Р0 . На нижнем оси показаны экеивалептные " по условиям недогрева и давления перегрузки.

~,32 Вт/см2-, 2. - 16? 3,- 18?" 4 - 50? ' 5 - ¿0? 6 - 20.

полученные на вра-а диа-

Зкспериментальные данные - по . развитому кипению таящейся установке» представлена на.рис. 4. Анализируя полученные данные> можно сделать вывод» что пазона перегрузок <С 200 практически не изменяется» с увели-

чением же' -перегрузки ( 7^^:200 наблпдастся уменьшение оС^ Ь диапазоне перегрузок , ?7 У?, 200. получена следующая зависимость для определения коэффициента теплоотдачи :

Для более наглядного представления о режимах теплообмена на ТТТ» при различных режимных параметрах» во вращающихся системах предлагается "карта режимов теплообмена" рис.

"Кар^а режимов" позволяет определить режим теплообмена па значениям и ^ . На-карте представлена зависимость ДТ^'Р]) при

фиксированных 'значениях (р (здесь Д.Т— Тц'Тщ Кроме этого на

Ю . "

^ /Ь. - о

□

1__ш

а./

ос.Л*.

I 1-Ю IЮ

, 0\а

• —--------- & атОоЗй^ЙРо ?г> 50 ¿20

0

П -г <> 6 о ■« 0 ' " - —

О 5 7 1,1 ,1 1 , 1 , 1 0 1

8 Ю2

" 2

Рис. . Л Развитое? кипение .в центробежных поляк. 1 - - 3.14 г

2 з "С^г/. Азот:наши данные 16 Вт/см2»

5 - 32т 7 — ¿0...705 данные Левченко 6 - цифры - плотность

р

теплового потока (Вт/си ). 3 - фрпон-12 » данные Фаинзиль-бгарг а.

К

О о- ¿= 2.4пн

Рис.5 Карта рпзеимов теплообмена -

8 Ю

"карту" наносятся три линии: линия Т ( ТУ — > характеризует

недогрев жидкости с обтеме до темпер атури насыщения на радиусе ТП >

линия TI " с о отп отс rn у г т началу распитого кипения и линия III -A Ткр - Область ниже линии I - область oanoqja зной конвекции» выше линии П] пленочное кипение» между линиями II и III - область

развитого кипения» между линиями I и II - область неразвитого кипения- I¡ области неразвитого кипения обнаружено существенное различие данных для различных ориентации ТП по отношению к ускорению Кориолиса. Длинная сторона вдоль ускорения Кориолиса ^ = 24 мм» короткая - ^ -В мм ícm. рисунок)- В случае действия ускорения Кориолиса вдоль длинном стороны (кружки) интенсивность теплоотдачи ниже» чем с случае действия ускорения Кориолиса одоль' короткой стороны TIÍ (¡треугольники) - Различие в интенсивности теплоотдачи достигает величины 20П--300'/ -

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ проведены детальные исследования влияния ускорения Кориолиса на теплообменные процессы в условиях большого объема.

Проведенная на установке 1 визуализация теплообменник процессов в жидком азоте при центробежных перегрузках до 2000 позволила получить следующие данные - Наблюдаемые восходящие потоки жидкости и пара над ТП поднимались не-строгс в радиальном направлении» а отклоняясь и сторону передней (здесь и далее передняя и кормовая часть определяются по направления вращения) части нагревателя. Угол отклонения да 20 градусов- Была отмечено неоднородное распределение паровой фазы по ТП» то есть на передней части наблюдалось интенсивное кипение» в то время как в кормовой части - однофазная конвекция» либо кипение с меньшей интенсивность». Эффект сохранялся при изменении направления вращения на противоположное. Отклонение восходящих потоков от радиального направления является- следствием действия ускорения Кориолиса. Относительна неоднородного распределения паровой «разы делается предположение» что причиной является также ускоренно Кориолиса. Для проверки этого предположения проведены измерения распределения температуры жидкости вблизи ТП в направлении действия ускорения Кориолиса.

Измерения проведаны на установке 2- В эксперименте локально измерялась температура жидкости на расстоянии X мм над ТП. Поверхность теплоотдачи - прямоугольник 8x24 мм ориентированный длинной стороной в одних экспериментах вдоль действия ускорения Кориолиса в других поперек. Диапазон центробежных перегрузок от 200 до 50С0» диапазон.плотностей теплового потока от 0.5-10^ до 1.2-10 Bt/n?

Толщина „слоя жидкости над ТП поддерживалась постоянной и име'^а значения 8-5» 18-22» 38 мм. Измерения проводились при вращении ротора установки как в одну так и в другую сторону. Результаты измерений предстаоленч в координатах 8Т(к] » STfyji bTftg) - Здесь ÓT- 7¿ ' X ~ расстояние от переднего края ТП до термометра.

На рис.0 приведены результаты измерений в координатах 0l(ü) для толщины слоя жидкости Д. =8.5 мм и =1060.

Из результатов измерений следует» что в направлении действия ускорения Кориолиса наблюдается существенная неоднородность рас-

к <1

2

St

1СГ

б 4

2

Ю

, ft = 8,5мл /050 ; Лт ~ 4,6 к ОД Л □ Х,л;л7 О в 16 24 сила. Хориолиаа.

_о □

Д □

О □

4- С Ю4

'' /ч О

□ о

□ р

б5^ Ъ

сР □

□ в

□

в

J_1_L

О.

ю-

■Я

6 ю6

I

Рис.б Распределение температуры жидкости вблизи ТП -

продс^смия температурь» жидкости вблизи ТН . Температура жидкости над кормовой частью ТТТ вссгда нижег чем над любой другой частью ТП'.

Ускорение? Кориолиса* действуя на движущиеся под слиянием термограпитации жидкость и пар » отклоняет их от радиального направления. Восходящие потоки отклоняотс я огтеред по сражению (опережает) у опускные гтотоки - назад (отстают). Таким образом» □ этих условиях реализуете я теп л о массоперонос одаль 1ТЬ о результате? |;оторого наблюдается существенное уменьшение недогрсоа жидкости над передней частью ТЯ и максимальным нс?д or р еп над кормовой. При зтстм з передней части ТП создаются наиболее? благоприятние условия для начала процесса парообразования- При увеличении кипение распростра-

няется на осп ТП, При даль иеишем развитии кипения на передней части Т П пор а яугатс я локальные очаги "пле ночног о кипения". Вли яние ускорения Кприолиса н^ величину пг»рвои критической плотности тепло-

iinro потпкп и л ляг трир уптг я моделью? предложенной п работах /10?15/.

Гаким обрапом? ускорение Кориолиса способствует созданию условий г позволяющих одновременно устойчиво сосуществовать на одной ГП локальным областям с различными режимами теплообмена.

I"! ЗАКЛЮЧЕНИИ приводятся основные выводы диссер тацио! (ной работы* отмечается личныи вклад автора? даются рекомендации по использованию работы.

В kl В П Д Ы :

1. Впервые получен массив экспериментальных данных по теплоотдаче к жидкому азоту при центробежных перегрузках до 5000. Данные по теплообмену во вращающихся системах впервые представлены в виде "карты режимов теплообмена".

2..Сонаружено? что во вращающихся системах размер ТП оказывает влияние на интенсивность теплоотдачи в режиме естественной турбулентной конвекции в диапазоне чисел Рэлея 1-10^6 Ret ^ 5-ю'*» в области которых? при отсутствии вращения? влияние размерного фактора отсутствует.

3. Обнаружено существенное влияние размера TT! на интенсивность теплоотдачи в режиме неразвитого кипения? для ТП с размерами существенна большими капиллярной постоянной.

4. а). Получено эмпирическое соотношение описывающее влияние центробежных перегрузок на интенсивнсть теплоотдачи в режиме развитого кипения.

б). Обнаружено? что в диапазоне перегрузок 200 ~

^ 5000 интенсивность теплоотдачи в режиме развитого пузырькового кипения пропорциональна ^.

5. Обнаружено? что ускорение Кориолиса? способствуя переносу тепла вдоль ТП/ оказыоает влияние на смену режимов теплообмена. При повышении платности теплового патока через TIT во вращающейся системе? смена режимов,теплообмена начиняется с переднего крап ГП. Обнаружено одновременное сосуществование областей с разными- режимами теплообмена.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

м, ~ плотность теплового потока? Вт/м ? 0ускорение свободного

п 0 -п °

падения? р = 9.01 м/с ? - центробежная перегрузка = ^ ' ?

Сд_> — частота вращения системы? рад/с» - радиус вращения? м?

0(__ — коэффициент теплоотдачи? Вт/м2 К? ЙО_ - число Рэлся? Ыц-число Нуссельта? о?'?, С-, П ~ коэффициенты? Д~Т температурный напор? К? - раоность температур? К? - толщина слоя жид-

кости? п! С. - протяженность ТП е направлении -действия силы Ко -рислиса? мм? Р - давление? Па? - недогрев ? К? /?г - универ-

сальная газовая постоянная? Дж/кг - К? Л7 — молекулярная массаг кг/моль? б - относительиый недогрев.

ИНДЕКСЫ

Q - условия насыщения; К - критический! Ж ~ жидкость г Н - нагреватель» ^ Цр - кризис кипения! Б - расчет по соотношению Боришан— ского» С, порядковый номер термометра» 1 ... 4_

Основные научные результаты опубликованы в работах:

1. Луцет М.О.»Жуков Ei.Е. гКондаурова Л.П. Визуализация процессов теплообмена во вращающемся криостате. Сила Кориолиса и первый кризис кипения // Теплообмен при фазовых превращениях, сборник

- Новосибирск - 1983. С.76-84.

2. Луцет И.О.»Жуков В .Е-»Кондаурова Л.П. Процессы теплообмена в сверхпроводящем индукторе криотурбогенератора. // Сверхпроводимость в технике -Ленинград»1984»т.11»С.214-219 .

3. Жуков В.Е.»Киселев Е.С.»Луцет И.О. Вращающийся криостат для исследования влияния силы Кориолиса на процессы теплоотдачи к криогенным жидкостям // Теплофизика и гидродинамика е процессах кипения и конденсации. - Новосибирск»1985. - С.143-148.

4. Жуков В.Е.»Кондаурова Л.П.»Луцет И.О. Визуализация процессов теплообмена во вращающемся криостате // Теплообмен в криогенных системах: материалы 1-го советско-западногерманского симпозиума.

- Харьковт1985. - С.61-62.

5. Жуков В.Е.»Луцет М.О.»Соболев В.А. Экспериментальное исследование теплоотдачи к жидкому азоту при перегрузках до 4600 // Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах:тез.докл. 7-oPi всесоюэн.конф.»Ленинград» 23-25 окт.1985. - Ленинград»1985.

- т.1. -С.269-271.

6. Жуков В.Е. Экспериментальное исследование влияния вращения на теплоотдачу к жидкому азоту при больших перегрузках // IU Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов "Современные проблемы теплофизики" март 1986 г. Тез.докл. Новосибирск»1986. -С.45-46.

7. Kutateladze S.S.»Lutset M.0.»Zhukov Y.Ye. Tne influence of Coriolis force on boiling crisis and heat transfer in a rotating criostat at high overloads // Heat and Mass Transfer in Refrigeration and Criogenigs» ed.J.Bougard»N.Afgan: proceeding of the Int.Centre for heat and mass transfer. - Hemisphere Publ.Corp.J987.- vol.24.- P.592-598.

8. Жуков В.Е. Измерение температуры насыщения жидкого азота при наличии высокого градиента гидростатического давления // У Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов "Современные проблемы теплофизики" март 1988 г. тез.докл. Новосибирск»1988. -С.184-185.

9. Жуков В.Е. Измерение градиента температуры в жидком азоте» вызванного силой Кориолиса» вблизи теплоотдающей поверхности // V Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов "Современные проблемы теплофизики" март 1988 г.тез. Докл.Новосибирск»1988.

- С.186-187.

1 П - Ж у i: о п В. Г" - » Дццет h.О.»Ппболеп В.Л. Экспериментальное исследование теплоотдачи к жидкому азоту при перегрузках до 5500 . / Теплообмен п двухч>апном потоке.Труды ЦКТИ. - Ленинград i 191Ш »

- т.241.П.62-68.

11. Жуков B.L. Влияние силы Кориолиса на режимы теплообмена и распределение температуры в жидком азоте вблизи теплоотдающеи поверхности // Изв. СО АН СССР, сер . техн .наук . Новосибирск г 1989 .

- вып.1»С.11-15.

12.Lutset h.O.iZhukov V,Ye. Heat transfer in a rotating cryastat at high centrifugal acceleration fields // Criogenics. - 1989. -vol 29» - P.37-41.

13.Жуков B.E. Автоматизированный комплекс сбора» обработки информации и управления теплофизическим экспериментом на стенде "Вращающийся криостат"// Процессы тепломассообмена в энергетических установках. Сборник - Минск|1990г С.143-148.

14.Zhukov V.E.fKlimav S.V.»Lutset И.О. Crizir. of nitrogen nucleate boiling at high centrifugal acceleration ficlds.//<PHTr 1990. -том 16.n 4 » - C.421-424.

15.Zhukov V..Lutset M..Sobolev V. Experimental stady of heat transfer to liquid nitrogen at acceleration up to 5500g // Heat Transfer-Sov.res.-1990.-Vol .211No.6.-P'.788-796.

16.Куков В.Е.»Луцет И.О. Процессы переноса тепла в системе» вращающейся с большой угловой скоростью.// "Тепловые трубы: теория и практика." Материалы международной школы-семинара» Ч1»Минск» 1990.С.132-137.

Подписано к печати 12.09.91

Формат бумаги 60 х 84 1/16 Уч.-изд.л. 1 Заказ N 478. тираж 100 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики СО АН СССР 630090» Новосибирск» пр.Акад. Лаврентьева» 1

I >

I -