автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Влияние давления и характеристик металловолокнистых покрытий на теплообмен при кипении жидкостей в большом объеме

. КИ1ВСЬКИЙ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукопису

Фр1др1хсон Юрхй Валер!йович

УДК 536.423.1:621.69

ВПЛИВ ТИСКУ I ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛОВОЛОКНИСТИХ ШКРИТТ1В НА ТЕПЛООБМШ ПРИ КИП1НН1 Р1ДИН У ВЕЛИКОМУ 0Б'6М1

Спец1альн1сть 05.14.05 - Теоретичн! основи теплотехники

Автореферат дисертацП на вдобуття наукового ступени кандидата техн!чних наук

КИ1В - 1995

Дисертац1я являе собою рукопис.

Робота виконана на кафедр! атомних електростанвдй та 1нженерно1 теплоф!зики Ки'!вського пол!техн!чного 1нституту.

Науковий кер!вник:

доктор техн!чних наук, професор Семена М.Г.

0ф1ц1йн1 опоненти:

доктор техн!чних наук, професор Василь'ев Л.Л.

кандидат техн!чних наук, ст. наук. сп1вроб1тник Шаповал А. А.

Ведуча орган!зац1я:

1нститут техн1чно'1 теплоф!зики НАН Укра!ни

Захист дисертацП в1дбудеться " 29 " березня 1995 р. о15 годин! на - зас!данн! • спец!ал!зовано! вчено"! ради К 068.14.07 у Ки'1'вському пол!техн!чному !нститут1 за адресою 252056, М.КИ1В, 56, пр-т Перемоги, 37, корпус 5, аудитор!я 406.

3 дисертац1ею молна ознайомитися у б!бл!отец1 Ки1вського пол1-техн!чного 1нституту.

Автореферат розхсланий "_"_,1995 р.

Вчений секретар спец!ал1зовано1

Вчено! Ради

\

ЭАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнёсть теми. Успёшне розв'язання задаче щодо забезпечен-ня нормальних теплових режимёв обладнання пон'язане з удосконален-ням теллообмённих апаратёв. Одним ёз шляхёв зменшешш ёхлёх масога-баритних характеристик е використання процесу кипёння на поверхнях а капёлярно-пористими структурами (КС). Кипёння на поверхнях з КС привертае увагу дослёдникёв у багатьох галузях технёки: в енергети-цё, нафголереройнёй, хёмёчнёй, харчовёй промисловостё, крёогеннёй технёцё, радёоелектронёцё, медицин! - скрёэь, де вимагаеться зняття 1 передача теплових потокёв при низьких температурних напорах.

Тиск вёдноситься до числа основних фактор!в. що визиачаоть эа-коном!рност1 теплооСихну при кишинё. На пористей гшверхнё, на в!д-мёну вёд поверхн! без покриття, ступень впливу тиску иа теплообмен може коливатися в широкому дёапазонё в залежностё вёд властивостей рёдини, параметрёв капёлярно-пористоё структур« 1 густини теплового потоку. Однак в бёльшостё вёдомих спёввёдношень з теплообмену не враховуеть'ся змённий характер ступени впливу тиску. Анализ лётера-турних джерел показав, що особлиБостё впливу тиску визначаються на-самперед густиною д!ючих центрёв пароутворення, яка при задания, ре-жимиих умовах аалежить в1д функцёё розподёлу пор за розмёраш 1 товщини перегретого пограничного шару. Комплекс«! дослёдхення су-мёсного впливу на теплообмен тиску 1 параметр!в структури ранше не проводились.

Метою роботи 6 вив'гення впливу тиску на теплообмен при килённё на поверхнях нагреву з метаповолокнистими капёлярно-пористими структурами (ЖКС) у великому об'емё рёдини 1 розробка ёнженерно'ё методики розрахунку таких поверхонь.

Методи дослёджень. Эастосовано сучасну методику експеримен-тальних дослёджень початку кипения 1 теплообмену ёз використапням ПЕОМ. Товпдона перегрётого пограничного шару 1 густина дёючих цент-рёв пароутворення вианачались аналётично. Обробка дослёдних даних проводилась за допомогою методе в математичиоё. статистики.

Наукова новизна.

1. Проведене комплексне дослёдження сумёсного впливу тиску ё основних характеристик МВКС на перегрев початку кипения 5 ёнтенсив-нёстъ теплообмену при кипённё у великому об'емё рёдини ё виявленё законом!рностё залежностё впливу тиску на теплообмен вёд густини теплового потоку, фёзичних властивостей рёдини ё параметрёв МВКС.

2. Отриыано залежнёсть для розрахунку перегреву початку кипён-

- г -

ня на поверхнях з МВКС в широкому д1апазон! эм1ни тиск!в, що врахо-вуе товщину перегр!того пограничного шару.

3. Эапропоноваио схему активащ! пор КС з врахуванням товщини перегретого пограничного шару та функцП розпод1лу пор за розьйрами.

4. Представлено методику визначення товщини перегр!того пограничного шару при кип!ннй на поверхнях з КС 1 розрахунку густини Д1-ючих центр!в пароутворення.

5. Отримане ' узагальнююче безрозмхрне р1вняння з теплообм!ну при кюпнн! р!дин на поверхнях з МВКС, що описуе вплив тиску шляхом врахування зм1ни густини дшчих центр!в пароутворення.

Дскларащя особистого внеску. Особистим внеском дисертанта у розробку наукових результат1в е вс1 положения, що виносяться на за-хист.

В дисертацп захищаються:

- експериментальн1 дан1 дооШдження перегр!ву початку киШння р1дин на поверхнях з МВКС у великому об'ем! 1 эалежнють для розрахунку перегреву початку кипгння в широкому д!апааон1 ам1ни тиск1в, що враховуе товщину перегр1того пограничного шару;

- ф!зичн1 уявлення про механизм посл1довно'1 актнвацП пор КС з ура-хуванням товшяни перегрхтого пограничного шару 1 функцП розпод!лу пор за розм!рами;

- методика визначення товщини перегр!того пограничного шару при ки-п!нн1 на поверхнях з КС 1 розрахунку густини д!ючих центр!в пароутворення.

- результата експериментального досл1дження 1нтенсивност1 теплооб-М1ну прй кипШи р^дин на поверхнях з МВКС в широкому д!апааон1 змхни,тиск!в 1 виявлен1 законом1рност1 залежност1 ступеня впливу тиску на теплообм1н в1д густини теплового потоку, властивостей р1-дини 1 параметр1В МВКС;

- узагальнююче безрозм!рне р1вняння з теплообм1ну при кип1нн1 р1дин на поверхнях з МВКС, що описуе вплив тиску шляхом врахування зм1ни густини дшчих центр1в пароутворення;

- методика розрахунку поверхонь з МВКС 1 практична рекомендацН що-до 1нтенсиф1кацП теплообм1ну при кгаиннь

Практичне значения.

1. Запропонован! залежност! дозволяють розраховувати перегр1ви початку кип1ння 1 коеф!щенти теплов1ддач1 при кшпта на поверхнях с МЗКС в широкому диапазон! зм1ни режимних 1 структурних парамет-

Л

piB.

2. Розроблена 1нженерна методика розрахунку nouepxni iiarpiny в МВКС дае можлив1сть оптимальним чином лшбрати сгшлучення "xani-лярна структура-piдина" для заданих режимних умов.

3. Запропонован! 1нженерн1 рекомендацП доэволяють 1нтенсиф1-кувати теплообмен в пристроях систем охолоджешш, що функщонують в умовах кип!ння у великому oó'cmí р1дини.

Реал1зац1я роботи.

Ренультати роботи впроваджено У вигляд1 методики розрахунку поверхонь з МБ КС i практичних рекомендац!й щодо використаннл píbhhx сполучень "кагплярна структура - ргдина" в залежност1 в1д робочо! температури теплонавантажених елемент1в обладнання.

Апробащя роботи. Ochobhí результата роботи допов1дались на Всесоюзн1й Hapaflí-ceMinapi молодих вчених "Тешюф1зика релаксуючих систем" (Тамбов, 1990 р.), на IY Всесоюзна конференцП молодих досаЦдникгв "Актуальн! питания теплоф1эики í ф1зично'1 тчдрогазоди-нашки" (Новосиб1рськ, 1991 р.), на II М1нському м!жнародному фору-mí "Тепломасообмн! - МШ>-S2" (М1кськ, 1992 р.).

Публ1кацП. За матергалами дисертацП опублжовано 7 друкоеа-них праць.

Структура i об'ем роботи. Основний 3míct дисертацП а 5 роздг-л!в викладено на 105 сторпжах машинописного тексту; дисертащя м1стить 3 таблицг, 55 малюнклп i список лИератури is 103 назв.

SMICT РОШГИ

У встуШ обгрунтована актуалыйсть роботи i викладе;п ochobhí наукова реаультати i положения, що синосяться на эахист/

У першому роадгл! виконаний огляд 1 критичний аналхз вхдомих po6iT, присвячених дооидженням початку кшпння i теплообмйу при KHniHHÍ на поверхнях з пористими покриттями в широкому д1апазон1 зм1ни тисйв, а також розглянут1 ыодельш уявлення щодо ф1зики кипеня на поверхнях з КС.

Проведений anania св1дчить про те, что на neperpiB ДТИк впли-вають характеристики КС, властивост1 р!дини i тиск. Однак, якш.о зб1льшення тиску практично аавзди приводить до знижешш ЛТцК, то вид1лити вплив того чи íHmoro параметра пористо'! структури на Л'ГНК часто бувае неможливо через вааемне накладання впливаючих факторов, що ускладнюе отримання залежностей для розрахунку ЛТШ<- Ейдсуийсть над!йних сп1вв!дношень длй визначення перегр1ву ЛТНк багато в чому пов'явана з тим, що автори не ираховують товшину neperpiToro погра-■

яичного шару

В1дом1 свёдчення про вплив тиску на теплообмен при кипённё на поверхнях з КС досить суперечлив!, що пояснюеться частинним, як правило, характером досшджень. У быьшост! сгаввёдношемь для роз-рахунку ёнтенсивносте тешкшддач! не враховуються особливост! впливу тиску на теплообмен, пов'язан! 13 закоиомёрностями активацё! пор КС. Моделё кипёння на КС не вёдбивають зв'язку меж перегрёвом поверхнё, функцией розподелу пор за розмёрами, товщиною перегретого пограничного шару 1 густшюю д!ючих центр!в пароутворення. До тепе-решиього часу в!дсутня методека визначення товщини 61 на пористих покриттях. На основе проведеного анал!зу праць були сформульованё задач! комплексного дошцдження.

У другому роздШ описана експериментальна установка для дос-лёджень теплообмену при кип!пне на поверхнях з КС в умовах великого об'ему. Представлен! умови I методика проведения експеримент!в, оц!нки похибок вим!рювань. Експериментальна установка складалась ёз робочоё камери (мал. 1) 1 систем: педводу 1 вимёрювання потулшост!, вакуумування, вимёрювання температури. В низшей частая! камери роз-мёщувався дослёдний елемент, до якого притискувався основний нагр!-вач, виконаний у вигляде м!дного клину. В якосте поверхне, що вед-дае тепло, використовувалась МВКС, припечена до медноЧ пёдкладки д1аметром 30 е товщиною 2 мм. Температура поверхн1 в месте з'еднан-ня з КС визначалась за усередненими показами чотирьох термопар, що вачеканенё в пёдкладцё, з урахуванням перепаду температури по П товщинё. Подкладка припаювалася до блоку вимёрювання теплового потоку. Теплова потужнёсть, що передасться, визначалась за показами трьох термопар блоку. Дослёдження проводились при кип1нн1 води, етанолу, ацетону ! фторорганёчного рёдкого деелектрика ДЕФ (д1ети-ловий фторируваний ефёр) в д!апазон! тискёв в!д 0,01 до 0,1 МПа на зразках, характеристики яких представлен! в таблиц!. Достовёрнесть вим!р!в ! визначення коефёц!ент!в теплов!ддачи пёдтверджено за до-помогою тарування при кип!нн! води на гладкёй и пористих поверхнях (мал. 6).

У третьому розд!лё представлен! результати дослёдження початку кип!ння на поверхнях з МВКС. Результати експериментёв показали зменшення перегреву початку кипёння з ростом тиску. Однак вплив фё-зичних властивостей рёдини на перегр!в ДТНК неоднозначний ! е функ-цёею характеристик покриття. Характер залежност! ДТнк - ДР) на пористому покритт! а параметрами П - 0,4 и бКс~ 1 мм (мал. 2,а) якёс-

камери; 3 - конденсатор; 4 - вакуумметр; 5 - термопари; 6 - кап1-лярно-пориста структура; 7 - пгдкладка; 8 - блок вшЛрювання теплового потоку; 9 - фторопластова втулка; 10 - основний нагр1вач; 11 -опора; 12 - тепло1золяц1я.

Характеристики дослз.джених зраак1в Таблица

1 | Номера 1 Г |Материал|Розм1ри волокон 1 1 [ Параметр» зразк1В |

|зразк!в |покриття| I 1 • 1 - I 1 |

11-44 I 1 | м1дь |с1в - 20, 50 мкм 1 1 [ 5КС - 0,1.. . 10 мм; |

1 1 П - 0,4...0,84; |

| |1в - 3 мм | Бэф - 19,4...105 мкм; |

1 1 1 1 |ХК - 2,5...69 Вт/М-К | 1 |

|45 - 54 1 I | ншель |сЗв - 50 мкм 1 1 | 5КС - 0,1...2 мм ; |

1 1 | П >■ 0,4. . .0,7; |

| 11в - 3 мм 1 0ЭФ - 19,4. . .63 М!М; |

1 ..... ! 1 |\к - 3,1...24,5 Вт/м-К| 1 1

2-5-1050

но в!дпов!дае в1дом!й формул!:

ЛТ„к - 4бТн/грп0тах

Л*

\

\

р

«чяй

Мал. 2. Залежнёсть перегрёву початку кшйння в!д тиску: а - П - 0,6, 5КС - 1 мм; б - П - 0,84, 5кС - 0,4 мм; 1 - вода; 2 -етанол; 3 - ацетон; 4 - ДЕФ. к

¡Тнс

\ ♦

\ X 4 V

у ..X.

к

• * ч \ в *

о &я>

Мал. 3. Вплив товщини пористого покриття на перегрёв початку кипён-ня води:

а - Р - 0,1 МПа; б-р - 0,01 МПа; 1 - - 300 мкм; 2 - Ютах - 97 мкм; Бщах - 35 мкм; 4,5,6 - розрахунок за формулою (3).

'Тобто максимальн! значения ДТНк отриман1 для води, иШмальнё - для ДЕФ. На КС з великою пористёстю (П - 0,84, бкс - 0,4 мм), було ви-явлено зм!ну характеру впливу ф!зичних властивостей: мШмалън! значения ДТНК отриманё для води, максимальн! - для ацетону (мал. 2,6). Вплив товщини пористого покриття на перегр1в початку кшпння мае м1сце лише при вёдносно малих значениях бКс (мал. 3).

0триман1 результати можна пояснити, використовуючи в1доме положения фёзики кил1ння про те, що перегр!в початку кшпння визнача-еться не тЬчьки ровм!рами потенц!Йних центрёв пароутворення, але й

' \

товщиною перегр!того пограничного шару б^ Рахуючи, що початок ки-п1ння в1дпов1дае активацп пор максимального дгаметру, запишемо формулу Хена-Грифф1са для розрахунку Д1апазону розм1р1в дшчих центрхв пароутворення у вигляд1 залежност1 ¡Зщах в1д ДТНК:

2 12бТ„

Г^ах--8Ь (1 + (1--:-)1/г) (2).

3 грпДТнк5ь

Перетворивши вираз (2), отримаемо сп1вв1Дпошення для розрахунку температур и початку кип!ння на поверхн1 а КС:

6Т„5Ь

ДТ„к - 16 --(3)

ГрпОтах(45ь - ЗОщах) Перепишемо залежн1сть (3) у такому виглядП

6Т„ 1

ДТ„к - 4 - (-) ■ (4)

ГрпОщах 1 " ЗОтах При умов]., що характер зм1ни товщини перегр!того пограничного шару Н1дпов1дае зм1н1 товщини структури, за допомогою сп1вв1дношен-ня (4) можна пояснити вигляд залежюст1 ДТНК - Г(5КС), то отримана в даному досл1дженн! (мал. 3). При достатньо велиюй товщин! структури буде виконуватись умова 5с>> Ошах. 1 р1вняння (4) приймае вигляд (1). Тобто в даному випадку перегрев початку кшпння визнача-еться т1льки максимальним дгаметром пор 1 властивостями р!дини 1 не залежить в1д товщины 5КС- Випадку байтах вгдповхдав д1лянка зрос-тання ДТНк при зменшенн! товщини КС в облает! малих 5КС. Чим б!льше величина Ощах. тим ранше зменшення товщини покриття приведе до су-м!рност1 значень 5t 1 Ощах. 1 тим менше буде область незалежност1 ДТНк вгдносно 5КС.

Величина 61 визначаеться не т1льки товщиною, але й ефективною теплопров1дн1стю пористого покриття. Товщина перегр!того пограничного шару на катлярних структурах з великою порист1стю, змочених водою, вище, чим величина 51 для ¡нших досл1джених р1дин. В областа товщин структури, що в!дпов1дають умов1 0тах> аггдно з формулою (4) перегр1в початку кип1ння води може стати менше, чим ДТПК 1нших р!дин, хоча значения комплексу А - бГн/грп У води вище. Цей випадок в1дбивають дослгдн! дан1, що представлен! на мал. 2,6.

3 метою отримання розрахунковоЗ аалежност1 для перегр1ву початку кип!ння на поверхнях з МВКС було проведено узагальнення екс-периментальних даних у.в!дпов!дност! до формули (3). В результат!

була отриманэ емп!рична залежн!сть для визначення товщини 5t, п1дс-тановка яко! в (3) дозволяв узагальнити 90 7. отриманих даних с по-хибкою, що не перевершуе 30%:

6t - 5 - 249 б1-7 W0'8 . (5)

де 6 - бис при бкс < 0,8 мм; б - 8-Ю"4 М при бкс > 0.8 ММ.

У четвертому розд!л! викладенё фёяичн! уявлення про закономёр-ностё активацёi пор капёлярно! структури, розроблена методика визначення товщини 5t i розрахунку густини дёючих центрёв пароутворен-ня п при кипённё на поверхнях з КС.

Для визначення характеру впливу рёзних факторёв на число п у спрощеному виглядё була розглянута задача про розмёри активних пор. За умови, що дёаметр пори капёлярно! структури D дорёвнюе критичному дёаметру Dkp, вираз для дёаметру рёвноважного парового зародка визначаеться 1з наступного спёввёдношення:

D - 4бТн/грпДГ, (6)

де ДТ' - перегрёв рёдини. На мал. 4 графёки функцё'ё D - f (ДТ') для води при тисках 0,1 и 0,01'МПа показан! у виглядё гёпербол 1 ! 2. Для аналёзу вибран! високопорист! (П - 0,84) та низькопорист! (П -0,4) зразки МВКС товщиною 0,3 i 1 мм. Диференцёальнё функцё! розпо-дёлу пор за розмёрами f(D) цих зразкёв зображенё у виглядё кривих 3 ё 4. Заштрихован! зони в1дпов!дають дёапазонам розмёрёв/що охоплю-ють близько 80% усёх пор структури. Рахуючи змёну перегрёву по ви-coTi прист!нного шару лШйною, його залежнёсть в!д перегрёву по-BepxHi ДТ можна зобразити у вигляд1 ряду прямих у - 6t ~ тДТ (прямё 5 i 6 на мал. 4). Для наочностё товщина перегрётого пограничного шару 5t прийнята в даному випадку рёвною товщинё 5КС. Виходячи ёз сучасних уявлень фёзики кипёння, центрами генерацё'ё пари е пори КС з дёаметрами в дёапазонё мёж значениями D'max i D'min, то в!дпов!-дають точкам Перетину прямих 5 1 6 з г!перболами 112. 1з малюнка видно, що кёлькёсть активних пор в загальному випадку зростае ёз збёльшенням перегрёву поверхн!, тиску ! товщини neperpiroro пограничного шару. Функцёя розподёлу пор за розмёрами f CD) разом з товщиною 6t вёдёграе визначаючу роль в послёдовност! активацёё пор КС.

Густину дёючих центрёв пароутворення при кипённё на поверхн! з КС можна визначити i3 наступного сп1вв!дношення:

\

D max

n - nF- i f(D)dD . (7)

0 min

де nF - 4n/rtD3®2 - число пор на одинищо площ! п!дкладки. Значения D'max.iiun визначаються у в!дпов1дност1 до в!домо! формули Хена-Грифф1са, що була отримана для максимальних та м1н1мальних западин, в межах яких останн1 можна розглядати як активн! центри па-

М

■I

10

3

dL, 2

10

Dan О

О 2 4 в 8 10 К 0,2 0,4 0,в 0,8

Мал. 4. Схема активацП пор МВКС.

Тс т

Мал. 5. Проф1ль температури по

висот! умовного ребра.

роутворения:

2 12бТн

О'щах.шп--5Ь (1 ± (1--)1/2) (8)

3 rpпДT5t

3 метой визначення товщини бь на поверхн! з КС пориста структура Суда умовно эображена у вигляд1 системи сполучених цил!ндричних ка-п1ляр1в д!аметром, щр дор!внюв ефективному (середньому) д!аметру пор Ба®. Товщина бь визначабться як в!дстань в1д поверхн1 нагр!ву (Шдкладки), на як1й дотична до температурного проф!лю умовного ребра, проведена через його основу, перетинае л!н1ю температуря на-сичення р1дини в об'ем1 (мал. 5). Для розрахунку температурних по-л1в умовного ребра була розроблена методика, що враховуе вплив перерву поверхн!, ф1зичних властивостей р1дини 1 параметр1в КС на площу поперечного перер1зу ребра 1 локальний коеф1ц!ент теплов!дда-ч! в м1жреберному простор!. При зростанн! ДТ значения бь зменшуеть-ся, а зростання товщини структури бкС приводить до зб1льшення бь лише в област1 бкс< бГр. Для розрахунку гранично] товщини МВКС була отримана формула:

1 " Птах

5Гр - 9,27-Ю"2 (- О,.)0'47 (0)

1 - П

Шдставляючи отриманх значения 61 У формулу (8), можна розрахувати максимальний 1 мШмальний д1аметри активних пор для конкретного сполучення "кашлярна структура - р!дина" при заданих режимних умо-вах. В результат! обробки розрахункових даних були отриман1 сп!в-в!дношення для визначення густини д!ючих центр!в пароутворення при кип!нн1 на поверхнях з МВКС: при ДТ < ДТГР

грп 1 - Птах

п - 8,0-Ю"4 ( -ДТ)4-201-4 (--0ЭФ) , (10)

6ТН 1 - П

де 5 - бКс при бкс < бгр; б - бгр при бКс > бгр. при ДТ > ДТГр

Грп 1 " Птах

П - 1,4 ( - ДТ)1'55 (- ЪЭФ)-°'07 (И)

бТн 1 - П

Для розрахунку величини ДТГР пропонуються наступнн! формули: при бкс < бгр

дт

гр

бТн

246 - бкс"0,15 ("

ГРп

- 11 -1 - Птах

(-

1 - П

0ЭфГ0'44

при 5кс > 5ГР

бТн

282

1 Пщах

(- Оэф)"°-53

ДТГР

грп 1 - П

Сп1вв1дношення (10) 1 (11) зв'язують

(12)

(13)

густину дёючих центр!в пароутворення ёз перегрёвом поверхн1, фёзичними властивостями рёди-ни 1 основними параметрами МВКС.

У п'ятому роздШ представлен! результата експериментального досл!дження впливу тиску на теплообм1н при. кип1нн! р1дин на поверхнях а МВКС. Приведен! на мал. 6 кривё кшпння води та етанолу св!д-чать про залежн!сть ступени впливу гиску на 1нтенсивн!сть теплооб-мёну в1д густини теплового потоку, параметр!в покриття та ф1зичних властивостей р1дини.

Одним !з параметр1в, що суттево впливають на показник ступени к в сп1вв1дношешп а - С-Рк, е густина теплового потоку д. 13

Вт/м'к

Вт/и К

<* / • л

К о \ >

V • ; о . * А а ч 4 • У\ У

в г

о У /

У

я

чг <

Вт/и*

б

Мал. 6. Крив1 киШння р!дин на гладк!й та пористик поверхнях

при рёзних тисках: а - вода, б - етанол.

Кипёння на поверхнях з МВКС (dв - 50 мкм, 1в -Змм, мёдь):

1, 2 - П - 0,84, бкс - 1 мм; 1 - Р - 0,1 МПа; 2 - Р - 0,01 МПа;

3, 4 - П - 0,4, бкс - 1 мм; 3 - Р - 0,1 МПа; 4 - Р - 0,01 МПа;

5, б - П - 0,4, 5КС " 4 мм, 5 - Р - 0,1 МПа; 6 - Р - 0,01 МПа.

Даш А. А. Шаповала (Р - 0,1 МПа):

I - П - 0,4, бкс - 1 мм; II - П - 0,84, бкс - 0.8 мм;

Кжпння на поверхн! без покриття:

7 - Р - 0,1 МПа; 8 - Р - 0,01 МПа.

Данг Н.Г. Стюшина, Л.М. Елёнзона: III- Р - 0,1 МПа;IV- Р - 0,01 МПа.

О

&

«е* I

4 • 1«

4

а

зб1дьшенням ч ступ!нь впливу тиску зменшуеться (мал.7,а). Пояснения цьому факту можна знайти, ввернувшись до мал. 4. Для кожного тиску 1снуе такий перегргв ДТГр, починаючи з якого заштрихована зона попадав в 1нтервал м!ж максимальним 1 мШмальним д!аметрами потен-ц1йно активних пор. Це означаб, що при даному перегр1в1 подавляюча к!льк1сть потенвдйних центр1в пароутворення е активними. Наприклад,

«с '

Вт/м*

а)

а» ал ол ол от од ол

б)

Мал. 7. Залежн1сть ступени впливу тиску на коефШент теплов1ддач1 в1д густини теплового потоку 1 па-раметр1в МВКС;

а) к - ^ч); П - 0,4; б^с. мм:

1 - 0,1; 2 - 0,4; 3 -1; 4-4;

б) к - Г(П); Бкс - 1 мм; Ч, Вт/м2: 1 - 104; 2 - 2-Ю4; 3 - 5-Ю4;

4 - 105; 5 - 5-Ю5;

В) к - Пбкс)5 П - 0.4; Я, Вт/М2: 1 - 104; 2 - 2-Ю4; 3 - 5-Ю4; 4 - 105; 5 - 5-Ю5.

\

для структури порист1стю 0,84 1 товщиною 1 мм в умовах атмосферного

тиску вхе при перегрев! 2К заштрихована зона попадае в ёнтервал мёж О'тах 1 Ц'тт. а "Ри тиску 0,01 МПа для цього необхёдний перегр!в ДТГр * 10К. Подальше аростання перегр!ву поверхн! слабо впливае на 1нтенсивн1сть теплов1ддач1 через порёвняно невеликий прирЮт кёль-кост1 активних пор. Таким чином, зб1льшення густини теплового потоку (перегрёву поверхн!) приводить до поступового вир!внювання густини дшчих центр1в пароутворення при рёзних тисках, 1 вплив тиску на 1нтенсивн!сть тепловёддачё знижуеться.

При збёльшенн! пористост! ступень впливу тиску на ёнтенсив-нёсть теплообмену знижуеться (мал. 7,6). Це вёдбуваеться внаслёдок зменшення впливу тиску на густину дёючих центр1в пароутворення при зб!льшенн! пористост1.

Залежн1сть к(5кС). на в!дм1ну в1д функцёй к(Ч) ! к(П), носить немонотонний характер (мал. 7,в). Це поясгаоеться тим, що збёлыпення товщини КС до значения бГр при невеликих перегр!вах приводить до зростання впливу тиску на густину д1ючих центрёв пароутворення, внасд!док чого показник ступеня к зростае. Подальше збёлыпення тов-щини 5кс. не впливаючи суттево на к!лькёсть активних пор, в той же час приводить до зростання гёдравлёчного опору пар!, що проходить через КС. Значения коефёцеентёв теплов1ддач! при атмосферному ! знижених тисках зближуються !, як наслёдок, зменшуеться показник ступеня к.

Виконаний анал!з показав, яким чином особливост! впливу тиску на теплообм!н при кшшшё р1дин на поверхнях з МВКС пов'язан! 1з законом!рностями активацН пор КС. Тим самим пёдтверджуеться' обг-рунтованёсть використання параметра густини дёючих центрёв пароутворення, розрахованого за формулами (10) и (11), в узагальнюючих сп!вв1дношеннях по теплообм!ну.

В результат! обробки експериментальних даних була отримана формула для розрахунку теплов!ддач1 при кипённё на поверхнях з МВКС при те < пр:

Хк 5

Же - 0,03-(п0эф2)0'35- (—)0'35- (■—)1'5, (14)

^ж Пэф

де 5 - бкс при бкс/0ЭФ < 10, 5 - 5ГР при 5КС/0ЭФ > 10; N11 - «Лдф/Хж - число Нуссельта.

У випадку п - пр пропонуються так! спёввёдношення:

при бкс/Оэ® <Ю

Рп бкс

Ни - 1,25-Яе0'5- (РГ-)0'4- (-—)- , (15)

Рж " рп Да®

при бкс-'Овф > 10

Рп 5кс,

№ - 15.3-1?е0'12- (-)0-2- (—)0-25- (-)-°-32, (16)

Рж " Рп Иэф

де Ке - чЮэф/грпУ - число Рейнольдса, Рг - цс/Хж - число Прандтля.

Форму ли (14) - (16) узагалькшть б1ля 90Х даних цього досл1д-ження 1 результати 1нших автор1в при кип1нн1 води, етанолу, ацетону, ДЕФ 1 азоту з похибкою, що не перевшцуе ± 35%.

На п1дстав1 проведеного досл!дження була запропонована методика 1нженерного розрахунку поверхн! нагр1ву з МВКС 1 розроблен! ре-комендацП щодо 1нтенсиф1кацП теплообм1ну при кип!нн1.

0СН0ВН1 ВИСНОВКИ

1. Установлено, що особливост1 впливу ф1зичних властивостей р1дини 1 параметр1в КС на перегр1в початку кшпння пов'язан! 1з зм!ною сп!вв1дношення м!ж товщиною перегр!того пограничного шару 1 максимальним д1аметром пор.

2. Запропонована формула (3) для розрахунку перегр!ву початку гашння на поверхнях з МВКС в широкому д1апазон1 зм1ни тиск!в, що враховуе товщину перегр1того пограничного шару.

3. Викладен! ф1зичн1 уявлення про законом1рност1 активацП пор КС з урахуванням товщини перегр!того пограничного шару та функцП . розпод!лу пор за розм1рами.

4. Розроблено методику визначення перегр1того пограничного шару при кип1нн1 на поверхнях з КС та отриман1 р!вняння (10) 1 (11) для розрахунку густини д1ючих центр!в пароутворення на поверхнях з МВКС.

5. Установлено, що вплив тиску на П1тенсивн1сть теплов1ддач1 вменшуеться при зб1льшенн! густини теплового потоку та пористост! покриття. Залежн1сть ступеня впливу тиску в1д товщини покриття носить немонотонний характер. Виконаний анал1з показав, яким чином особливост1 впливу тиску на теплообм1н при кшпнн! радин на поверхнях з МВКС пов'язан1 1з закожшрностями активацП пор КС.

6. Отриман! в результат! узагальнення експериментальних даних безрозм1рн1 р!вняння дозволяють розрахувати интенсивн1сть теплооб-М1ну при кипхнн! на поверхнях з МВКС у двох режимах: формула (14)

\

враховуе посл1довн1сть активацП пор з допомогою параметра п при умов1 п < пр, а формули (15) 1 (16) використовуються у випадку п -г^, тоОто коли вс1 пори МВКС реал13ован1 в якост! центр1в генерацП пари.

7. Эапропоновано методику 1нженерного роврахунку поверхн! наг-р1ву э МВКС 1 розроблен! рекомендацП щодо !нтенсиф!кацП теплооб-м1ну при кип1нн1.

: ПУЕЛ1КАЦ11 НА ТЕМУ ДИСЕРТАЦП

1. Кравець В.Ю., Фр!др!хсон Ю.В., Набоченко е.А. Вплив тиску на 1нтенсиф!кац1ю тейлообм!ну при кип!ни1 р1дин на пористому пок-ритт1 в умовах розр1ження.// Теплоф1зика релаксуючих систем: корот-к! тези. - Тамбов, 1990.- С. 13-14.

2. Фр1др1хсон Ю.В., Кравець В.Ю., Набоченко 6.А. Вплив товщини пористого покриття на теплообм1н при кип1нн1 води в умовах знижених тиск!в.// Теплоф1зика релаксуючих систем: коротк! тези. - Тамбов, 1990.- С. 14.

3. Фр1др1хсон Ю.В., Набоченко е.А., Брик Д.С. Досл1дження 1н-тенсивност1 теплообм1ну при кип1нн1 р1дин на поверхн1 з кап!ляр-

но-пористим покриттям в умовах атмосферного 1 знижених тиск1в.// Актуалыи иитання теплоф!зики 1 ф1зично! г!дрогазодинам1ки: тези доклаЩв. - Новосиб1рськ, 1991.- С. 150-151.

4. Фр1др1хсон Ю.В., Кравець В.Ю., Семена М.Г. Вплив тиасу на 1нтенсивн1сть теплообм1ну при кшинн1 р1дин на поверхн! з кап!ляр-но-пористим покриттям. - Ки!в, 1991. Деп. в Укр.НД1 НТ1, N244-Ук.91, 14 с.

5. 0собливост1 впливу тиску на 1нтенсивн1сть теплов1ддач! при кип!нн1 води на порисуй поверхн!./ Семенам.Г., Кравець В.Ю., Фр!др1хсон Ю.В., Набоченко 8.А.// 1ФЖ.- 1992. - Т.62, N6."- С.

779-782.

6. Дослядження впливу тиску на 1нтенсивн1сть теплообм!ну при кгаинн! р!дин на поверхн! а кап!лярно-пористим покриттям./ Семена М.Г., Кравець В.Ю., Фр!др1хсон Ю.В., Брик Д.С.// Тепломасообм1н -ММф-92.- Шнськ, 1992. - Т.4, 4.1.- С. 59-62. .

7. фр1др1хсон Ю.В., Кравець В.Ю., Семена М.Г. До разрахунку густини д1ючих центр1в пароутворення при кип1нн1 р1дин на металово-локнистих кап1лярно-пористих структурах.// 1ФЖ. - 1994. Т.66, N5.-С. 600-605.

- 16 -УМ0ВН1 ПОЗНАЧЕННЯ q - густина теплового потоку, Вт/м2; а - коефёцёент тепловеддаче, Вт/м2-К; Т - температура, К; Р - тиск, Па; 5 - товщина, м; П - пористость; D - дёаметр, м; F - площа, м2; А - коефщёент теплопров1-дност!, Вт/м-К; с - питома теплоемн1сть, Дж/кг-К; ii - динамёчний коеф1ц1ент в'яакост!, Па-с; v - кёнематичний коефёщент в'язкост1, м2/с; р - густина, кг/м3; б - коеф1ц1ент поверхньового натягу, Н/м; г - теплота пароутвореиня, Да/кг.

1НДЕКСИ

к - каркасний; кр - критичний; эф - ефективний; t - перегретий пог-раничний шар; кс - кап1лярна структура; н - насичення; п - пара; ж - редина; нк - початок кшпння; гр - граничний; F - поверхня.

SUMMARY

Fridrikhson V.V. The influence of pressure and metal-fibrous surfaces characteristics on pool-boiling heat transfer to liquids.

Dissertation for the degree of candidate of technical sciences by speciality 05.14.05 - theoretical principles of heat egineering, Kiev polytechnical institute, Kiev, 1995..

The dissertation contains the results of theoretical and experimental investigations of pressure and porous surfaces characteristics influence on boiling outset and pool-boiling heat transfer intensity to liquids. The ways of boiling heat transfer intensification is shown.

АННОТАЦИЯ

Фридрихсон Ю.В. Влияние давления и характеристик металловолок-нистых покрытий на теплообмен при кипении жидкостей в большом объеме.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.05 - теоретические основы теплотехники, Киевский политехнический институт, Киев, 1995.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния давления и характеристик пористых покрытий на начало кипения и интенсивность теплообмена при кипении жидкостей в большом объеме. Показаны пути интенсификации теплообмена при кипении.

Ключов1 слова: тиск, пористе покриття, початок кип!ння, iHTeH-сивн1сть теплов1ддач1, товщина перегр1того пограничного шару, густина д!ючих центр!в пароутворення.

Эдобувач il Ю.В. ipiflpixcoH

У'/ф-