автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Влияние электрического поля на теплообмен и структурно-динамические характеристики при барботаже

МОСКОЗСКИЛ Э1ШГЕГИЧЕСКЙ1 ИНСТИТУТ (Техничэсгай университет)

% В ДПР да

На правах рукописи

Моторин Олег Владиславович

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ТЕПЛООБМЕН И СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПГИ БАРБОТАЖЕ

05.14.05 - Теоретические основы теплотехники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Институте прикладной физики Академия кцук. Республики'Молдова

Научный руководитель - академик АН РМ, доктор технических'наук,

. профессор М.К. Болога . • Официальные оппоненты: ■ ,

- доктор физкко-матеиатических наук, профессор Синкевич O.A.- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Лузин В.А. ,

Ведущая организация - ЭНИН км. Г.М. Кржижановского.\.'

чГ

Защита диссертации состоится " {S " >*саЛ 1994 г. в f$—" на заседании специализированного совета К 053.16.02 в (Московском энергетическом институте по адресу: Москва, Красноказарменная.

. _ 3 -

0Б1ДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАРОТЫ Актуальность темы. Б энергетике, химической и пищевой про-мыыленностях актуальной является задача создания компактных л эффективных барботакных коло11Н. Существующие способы интенсификации теплообмена в этих устройствах основываются, в основном, на повышении скорости газа и механическом перемешивании гаэсжидаостной смеси, что повышает брызгоунос и пенообразование в перзом случае и затрудняет обработку агрессивных веществ во втором.

Ноэые перспективы в решении этого вопроса открывает примзне-т.е сильных электрических полей, позволяющих обеспечить существенное повышение интенсивности теплообмена между фазами, эффективное охлаждение гаоожидкостной смеси в случае экзотермической реакции и, при необходимости, термостатироаать процесс.

Однако отсутствие в литературе данных об экспериментальном исследовании электроконвектизного теплообмена при барботаже не позволяет создавать барбот&жиые колонны подобного типа.

В соответствии с изложенным возникают новые научные задачи, связанные с изучением теплообмена п барботажком слое под воздействием сильных электрических полей.

Цель работы заключается в изучении влияния сильного электрического поля на теплообмен и структурно-динамические характеристики барботажного слоя, а также создание теплопередакщего устройства на этом принципе.

Научная новизна работы определяется следующими основными результатами, полученными впервые:

- показано, что в горизонтальной системе ллоскопараллельньгх электродов, погруженных в високоомную жидкость, увеличение напряженности поля при малых скоростях газа приводит к усилению вихревых ЭГД течений и оттеснению пузырьков из приэлекгродной зоны герхнего электрода в область однородного распределения поля. По мере увеличения напряженности поля отрывной диаметр пузырьков у газопроницаемого электрода уменьшается, а область распространения вихревой структуры расширяется в сторону верхнего электрода, что обусловлено неоднородным распределением поля в приэлектродных областях вследствие накопления объемного заряда в жидкости и электрическим рассеянием дисиерсной фазы, при этом, силовое влияние поля на динамику роста и отрыва пузырька от газопроницаемого элек-

трода заключается в сокращении времени продолжительности этих стадий, тогда как на стадии свободного всшшвания пузырька характер его движения качественно меняется.

- установлено, что интенсификация теплообмена при б&рботирс-вакии вь:сокоо;.:ноР. жидкости в данных• условиях определяется злектри-'-чески.: числом и для теплоот--..

дачи газопроницаемого электрода достигается в области ее квазиав-томоделькости от динамического параметра, пропорционального про- ; кзведзнию скорости газа на его давление, а для теплоотдачи верхнего электрода максимальна в области докритических скоростей газа, причем для мекфазного теплообмена она имеет место как при прямоточном , так и противоточном движениях фазчто связано с увеличением скорости обновления ыеяфазной поверхности, ростом ее площа- , ди в постоянном поле, а также ее колебанием в переменном.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Подуг : чйнньге в настоящей работе результаты могут найти применение в химической, нефтехимической и лицевой промышленностях, энергетике, при проектировании новых видов тзрмостатирущих устройств. К их достоинствам „относится...малая-эиерх'о- и материалоемкость, тонкое: регулирование и возможность достижения высоких теплотехнических показателей.

Результаты проведенных исследований передана Центральному научно-исследовательскому институту "Электроприбор" (г. Санкт-Петербург) и использованы в научно-исследовательской практике Института прикладной физики АН РМ. '

Предложенные способы и устройства для тершстатированкя и мехфазного тепломассообмена в указанных условиях защищены авторскими свидетельствами СССР № 1474618, 1509582 и 1620111.

Автор защищает результаты исследований электроконвективного V.-теолообыена в барботажном слое и особенностей его структурно-динамических характеристик в электрическом поле. •::

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на: У Всесоюзном совещании по электрическим методам обработки материалов (Кишинев,1985), XIX конференции молодых ученых (Киев, 1938), I Всесоюзном.семинаре-совещании-по электрогидродинамике яидких диэлектриков (Ленинград, 1989), II Республиканской конференции молодых исследователей (Кишинев, • 1989),У1 Всесоюзном

совещании по электрической обработке материалов (Кишинев, 1990), научных семинарах лаборатории электрических методов управления тепловыми процессами НПФ АН РМ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в той числе 3 авторских свидетельства.

Объем работы и ее структура. Диссертация состоит из введения, пяти глав, рекомендаций по практическому использовании полученных результатов, заключения, списка, литературы, вклсчаюцего 140 какке-нсваний и приложений. Работа содержит 150 страниц митнсписного •гекста, 2?. рисунка и 4 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ! Во введении обосновывается практическая необходимость проведения исследований электроконвективкого теплообмена и структурно-динамических характеристик при барботкровании выеокоомннх жидкостей. Изложена цель и задача исследования, приведены осковныэ научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзср основных работ по гидромеханике и теплообмену в барбота-яшх процессах. Рассматриваются основные модельные представления о механизме образования пузырьков, влияние режимных: параметров и свойств фаз на структурно-динамические характеристики барботажного слоя, результату по теплоотдаче твердой поверхности к пузырьковой среде, а также по меяфазкому тешюобмецу в барботажном режиме истечения газа. Из анализа сведений, иметоцих отношение к данной проблеме, сформулированы цель и основные задачи исследования, результаты которюс приведены в последующих главах.

Во второй главе приводятся описания экспериментального стенда, сменных рабочих ячеек, средств измерений и методики исследо-.вания. Приведена оценка погрешности измерений и их достоверности.

Общая схема экспериментального стенда представлена на рис Л. Он содержит парогазовый тракт, в состав которого входят источник сжатого газа, редуктор-ротаметр 7 типа РС-ЗА, парогенератор б, смесительная парогазовая камера 2, термометр 3 и U-образный манометр 12. Жидкостный контур состоит из двух термостатов 8, типа U -в: первый подключен к патрубкам 4 рабочего теплообменника на котором измеряются теплопередавщие характеристики к пузырьковой

Р»;с. I. Cxesäa унквеосамьного стенда длл исследования структурно-динамических хар^терисшс и теплообмена в Зйрботгашоа сдое "

среде, вторе*---к-затрубкам- -ö-зиаевнка для термостатирования' ра-бсчёй'жвдкоетк в бг-рботааноЗ' колоний.

В стенде таю» предусмотрена высоковольтный и измерительный контуры. Пзршй из них включает высоковольтный трансформатор 9 жил« A/ii-90, в первичную цепь которого додается напряжение, регулируемое JIA.ТРом 10, а к вторичной подключат выпрямитель и кило-вокьтшгр II хкаа С100. Второй состоит' из цифрового 'вольтметра 13 тида Ц1о16, к клеиьш.которого через лерзклвдатзль Ii3 подключена по дифференциальной схеме термопары рабочей ячейки I.

Стенд предусматривает такие оптическую систему, состоящая из осветителя Сна рисунке не показан), и фотоаппарата 16.

Использовались три вида рабочих ячзек I: для исследования электродкжшики газового луэырька, для измерения параметров одре-дашхцнх теплоотдачу. электродов' к. барботакноцу с но» и для экспериментального исследования шяфазного теплообмена.

Соотношение расходов пара и газа в смесительной камере 2 регулируете л при домоди взнтнлей. ■ Температура парогазовой смеси контролируется термометром 3, ее дав;ш;-:ие - манометром 12, По по-

казанкяы последнего из тарпровочлого грарпкл определяется расход парогазовой смоси.

•Регулирование и стабилизация тэкпоратур рабочие тешгоой.к?п-'никои и жидкой фаза барботыкнсго 'слоя обеспечивается дра аодацн '■термостатов 5.

В пррцессз экпперикентоз измэртлксь текк^зотуры :ът:эктродоз, гел.таносигеяя на входе и выходе рабочего телчоо5яэ,чн:жа, «едкости в ячейке I и паровоздушной смеси в смесктельноЯ камере 2.

Достоверность эксперимента!«®« дакгак устанавливалась лутсм предварительного сравнения с результата?:;;, азаесташи из литературных источников по тегкообмзну горизонтально'"; пластклы без аш;ч и при его наличии. Совокупная иогрэаиссть лрянлто" методик;; определения коэффЕЦиеита гэплеотдачи составляет менее чю свидетельствует ' о достоверности получекккх окспершоктйльшх даиг-нх.

Третья глава, посвяпена математическому описаиигс динамики роста, отрыва и двкяения пузырька, а такие пгмзкент структура бар-ботанього слоя в электрическом поле. Заза роста пу.оырька сж;екэа-ется системой дифферент,к&яьшх урапнекпЛ и условий однозначности,

которая а безразмерной форме записи клоет вид:

г'-й'-г./г; * , (I)

йг^с/Е '/<1йо1 (2)

Ж?'-+ V -^-Со.аг^Гг-Р.^^)-, (3)

-32 ъ¿г,/~3 ) (4)

(5)

3(1~е-))к/2- (?)

А + (Х-Л,.,) екр(-Ио/1)-. (3)

в •= ; С9)

: (10)

Но=о\ -2*=о-, «^^'/«ЛЬ-ЯА,; (II)

4 ^(Аг-^А^- -КС*. ХЬ х,*(<?-£)Ю (12)

где г*. - безразмерная коордшатг; К* - безразмерный радиус пузмрь-ка; I"; , г; и-г; - геометрические симплексы; /7, и/г- ггарамотричос-

кие силплехса; Кг. , , Не* и В«» - числа Рейнояьдса'. • для пузырь-'-ка, газа и жидкости; ,Ае»' числа Эйлера, учитываю-

щие давление газа в пузырьке, барометрическое и электростатичес--' кое давления, а такие давление газа перед капилляром; 6 - . отко-сзние времен электрической к механической релаксаций;.*», и К • --" электрические аналоги числа Грасгофа.

Когда б (12) равнодействующая сил, /действующих на пузырек,. принимает положительное значение, начинается• его 'отделение от поверхности электрода.. Математическое описание задачи э данном случае несколько видоизменяется. Уравнение (I) заменяется, уравнением . двюсения

~№' -п в* и*

Выесто (2) используется'выранекие

(14)

В последнем члене правой части уравнения,(3) подставляется Г^о и к*«г*.* Из правок части сырзкенил (4) дополнительно вычитается член 32П1Кег,5а1(г*-В.')/ба.г , а из числителя дроби, находящейся з (Ё)-под знаком-окспоненты,- ----член А'«, .

Начальные условия.-' во второй фазе определяются значениями соответствующих параметров в конце первой фазы: . /'■■..-' Но-о-. /гг<-(Ъ,Х: Ж /М*=(</*1 (15)

£и< /V, '(¿«V,,

где индексом I обозначено значение параметра в конце первой:фазы, индексом 2 - в конце второй фазы и т.д. ..; >"•■•.''

Область интегрирования уравнений в этом случае определяется-условием г* 4 г* < яг ■ , заменяющим Бнрат.ение (12).

Известно [2], что отрыв пузырька происходит когда координата центра тяжести достигает значения 1,5/? , т.е. т «-1,5 и начинается его свободное всплытие.' Движение пузырька. в данном случае описывается уравнением (13), из которого исклячен.последний член с ¿'четом и и уравнением (14), дополненным вы-- '

раяениями (8)~(10), причем из.числителя .дроби¿' находящейся в (8)'-под знаком экспоненты,, вычитается член . •

Начальные услозия"примут вид:

У к-Кг ; ,

- о -

а область интегрирования где г* определяется гра-

ничными .условиями 2<--;?з , .

Предлологается, что существенной для динамики пузырька является сила, обусловленная неоднородность» электрического поля, что и учитывалось в данной колели.

Численное интегрирование приведены« систем обыкновенных дифференциальных уравнений с заданными начальными условиями проводилось модифицированным методом лемминга, который обеспечивает четвертый порядок точности и требует только двух вычислений правых частей систем на каждом.ваге Еремени.

' Расчеты показали, что зародки пузырька начинает расти вначале медленно из-за сушестБЗНного влияния всех тормоз/щи:; факторов, особенно поверхностного натягекия. Длительность этого периода мала и определяется, главным образом, величиной давления газа перед капилляром. Вскоре влияние поверхностного натякения и вязкости жидкости снижается до пренебрежимо малого значения по сравнения с влиянием давления.газа и инерции жидкости, и скорость роста пузыря быстро увеличивается, достигая максимума. 3 точке максимума ускорение роста становится равным нулю и далее меняет знак, что уменьшает влияние сил инерции. Процесс переходит в основную по длительности .асимптотическую стадии.

В.электрическом поле характер движения пузырька меняется. Если в отсутствие поля пузырек всплывает после отрыва со скоростью, увеличивающейся по восходящей экспоненциальной зависимости (рис.2 кривая I), то в электрическом полз картина другая (кривая 2), что свидетельствует о правильности принятого предположения, касающегося природы электрической си™.

Таким образом, пои отрыве пузырька его линейная скорость в течение очень малогс периода временя несколько увеличивается за счет исчезновения капиллярной силы, затем пузырек достигает установившейся скорости по возрастающей экспоненте ъ отсутствие поля или падает до нуля при его воздействии (рис.. 2). Изменение радиуса пузырька (рис. 3) весьма существенно в доасимптотической стадии роста (первая и вторая фазы роста), но практически отсутствует в асимптотической (третьей) фазе.

. Экспериментально получено, что в электрическом поле с ростом напряженности уменьшается диаметр отрыва пузырька (рис.4), причем

Я?"

ю"

аз

0,2

0.1

гг.-

(

I

И ' -

■|Г с

10~3 10* ю1

Рис.2. Динамика роста и движения лузызька Я-=0,13 Ша; е , кВ/см: 1-0; 2-30; сплошные линии - ¿иней-пая скорость пузырька; пунктирные - радиальная скорость; точки - якаяеоимент

Рис.3. Динамика роста пузырька. (I - доасимптотическая стадия; II - асимптотическая стадия)

0.6 0,$ О.Ч

аз 0.2

эта.зависимость определяется и полярностью нижнего электрода. По-; "видимому, она обусловлена несимметричностью распределения поля по мекэлсктродному промежутку1. ' При ;

расчетах это не принималось во .. . - <: '-- '■':.'

внимание, поэтов теоретическая кривая . полученная чис-

ленно изпредложенной модели, не, зависит от полярности электрода. Тем неменее, численные результаты (пунктирная линия на рис.4) хоро-ао согласуются как качественно, так и количественно с эксперимен-. тальными данными (криЕые I и 2).

Полученные результаты позволяют резюмировать, что силовое влияние полл на динамику роста и отрыва пузырька заключается в более раннем завераении этих стадий по сравнении с таковыми в отсут-"

й, мм

<0 гС

•г

и Щ

0 10 20 30 40 50

Рис.4. Влияние напряженности поля .на диаметр: отрыва пуг .зырька (полярность нижнего -'•электрода:- I-положительная, 2-отрицательнай;' сплошные :."■-./; линии - .эксперимент;, лунк-,т ирные - расчет ) : • ■ •

¡О'1 ю'н

... - II -сгвиз пс.чя. Однако на. стадии свободного всялыти.-: харок?*»? дв;:-кония пузырька качественно шнязтсч. Зто свяэапо с к:асэх-ек:»м в жвдкой даазсг объемного' зарда, приводящзгс к лерерасп'ре,г,ел2:г::ч поля, в то врзмя как гшерхностккз эффекта на гран;:цэ ;*г.гдояа .фаз кенее существенны, особенно на стадии цоасюгач/ютескогэ роста.

В четвертой главе проведено зкспесиизьталь'чсе ¡:ссх:едозак:;е влияния скорости барботирующего гаса и кзпряженнэстл лолч да. теплоотдачу электродов нлоскояаралявльного конденсатора при разгьч-нкх температурных напорах и плотностях теплового потока.

. Е отсутствие электрического поля коэффициент теплоотдачи га-зокелроницаеаого:обращенного вниз электрода возрастает пропорционально скорости газа. Это связано с увеличением скорости обновления поверхности контакта жидкости, переносимой пузырши ¡и ядра потока^поверхностью тенлсобчена. При достидакки некоторой ¡срлтп-• ческой .скорости ¿'•аза (С~с&г>5" и/с) интенсивность оС;;ое.;йш:я пузырьков стабилизируется и коэффициент теплоотдачи п^акшческ;-: не зависит г,I- С, ,

3 электрическом лоле 'интенсивность теплоотдачи этого электрода обратполролорционалъна ско-

рости газа (рис.о). С увеличением напряженности'. ноля относительный *• коэффициент теплоотдачи возраста- . ет, что связано . с,рассеиванием ■ 'пузырьков из меиэлектродного про- ■ странства и усилением злектрокон-вэкцик а замкнутой ф?.зе, приводя-'-щей к турбулизации пограничного слоя.и перетоку жидкости из ядра потока в ариэлентродную область. " С увеличением скорости, газа, цирт куляцкя; /жидкости '■' вытесняется пу-„. 'зырькамк из области.-пограничного -слоя и'коэффициент теплоотдачи 'падаем. Только предостаточно высо-. ких нглрякекностях (около оа-40 кЗ/см) интенсивность теплообмена

Рис.о. '¿яияшз скоэос?и газа ■ ка-относительным коэфр;1:;кэнт теплоотдачи обращзпнсл внкз пластины -в- электрическом поле , , кВ/с!л: I - о; 2 - 1о; 'о . " ^ •

\ПБ7гмоделы» относительно скорости гаоа, что связало с достаточно развитым режимом электрического рассеяния' пузырьков. В этих режимах теллосбмзк определяемся з.'.зктроконвекцкей жидкости в приэлек-' тродноП области. Мекду коэффициентом теплоотдачи газонепроницаемого. электрода » наг.ряйсйнность'о поля существует прянолропорцио-. кальная о¡¿ьиспиость дкё Зсэх скоростей газа. '•" _

Текйй обр.зсм, интенсивность теплоотдачи газонепроницаемого, электрода оказалась б силы-'.ой зазисккс-сти от спорости гаоа и ка-прксшюсти поля. 2тс обстоятельство имеет немаловажное. 'значение дл.а регулирования эязктроконгективнсй теплоотдачи • в барбстсянкх ироиесийх 'путем взаимосвязанного варьирования этих двух параметров, что ко оут-п дела саодитак.к регулированию токдинк и- торчи--чеокого сопротивления теплового и гидродинамического иогранслоев около теплообмзкной поверхности, расположенной встречно к.зосхо-. -д^цему потоку пузырьков (а;с. СССР 1474618 и 1о09о82). . 'V

Характер течения квдкости около газопроницаемого обращение-; го -вварх электрода определяет интенсивность теплоотдачи,'завися-' :цу;э тлказ от скорости гага а напряженности элгктрическог-о поля, ла рис.б представлены зависимости коэффициента теплоотдачи нжяэгс электрода от скорости газа при различных наяряжекнос-тях поля. Здесь ке-приведена ■ зависимость о((&) в отсутствие поля для бодн, хорошая согласуемо сть которой с экспериментальными результатами [I] поз- вол ила сделать вывод о пригодности экспериментальной установки и применяемой . методики , исследования для. поставленных■ целей. Как .видно из рисунка, с увеличением £ для всех напря- • н'енностей поля . наблюдаются три зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости газа.:В пер-' вой из них интенсивность тепло-.

1П'

10'

ыл л/«М 4

л №

Iе"

I & г Г*1 —ГП 1

1-0 • 1 о?

)беЗ

Т

кг3

«Г

VI"

10*

Рис.б. Влияние скооости газа', на интенсивность теплоотдачи обращенной вверх пластины: ' I - опытные данные [I] для системы вода-воздух; 2 -зода-. еоздух; 3-9 - трансмасло-воз- у

дух - ■ ■■-.*•-.

£ , кВ/см:: 1-3' - 0; 4 - 5; 5 - 10; б - 15; 7 - 20; 8 - 30; 9-40 •

обмена слабо -зависит от & ввиду лзлнипрггого характера псте-тзщ.я газа з' авдг'оогь. Однеко, с уволкчзш'з;: скорости газа до некоторой критической величины интенсивность ^зллостдачи возрастает по закону как и при пузырьковом кипени;; ¡_1,2], ;:о нз зависит

• от напряязнкостк поля (вторая область). При лревылзш!« кричячгг-

• кой скорости газа интенсивность теплообмена экхсди? на автомодельный, от нее сект, но при атом обнарукчваетгя зависимость о? наполненности, поля (третья область). 3 это? облает;: дисперсная фаза и электрическое поле приводят к устойчивому турбулгнтгюху рея.ау течения фаз з пряэлектр.одной области и интенсивность теплоотдачи

: достигает максимума.'

Влияние налр;пенности электрического поля на интенсивность теплоотдачи у ийтнего электрода наиболее задзтно яри скоростях га. : за С»5,£?о5Г м/с>.н-лример, при £■*?/<? кВ/см я ¿зй/ м/с интенсивность теплоотдачи увеличивается в 8-10 раз..

Так как' теялсобкзн зависит от' налр.скеняости поля в области , его автомодо.июсти от скорости газа, то это обстоятельство обэе-■ иечивает дополнительную возможность рэгулкрозания теплоотдачи в данных условиях.'.

. Обобщение экспертзнтаяьйых' данных по теллообмз1Г/ при 'раззи-. тем барботаяе в условиях электрохензекцкк ка микропористой горизонтальной стенке' для трансформаторного масла и хладсна-ПЗ и во-V . ды в отсутствие поля позволило получить • критериальные уравнения - • теплоотдачи:

А/и !>■&'''< <4 (15)

А/и ^0,С/((Аг*О,гАГ,)Ръ) * ; ^

где ъШ.ез^Аг-ю.гАг^р^*^ кК|<2 ^терг((Апо,2Аг,)р^'*.

. Эти уравнения справедливы в области изменения комллек-. . са (Аг*о,2Аг>)р1-ы. в пределах от до .

■,.'.- Численной анализ ьа ЭВ.М зависимости и (б) .для электрода, ориентированного. вниз позволил сделать'вывод, что эти результаты могут быть обобщены зависимостью типа :

/(/« (I?)

где • коэффициенте _ а, ё и показатель степени к являются функциями от комплекса (Аг + Аг})Ргм . : .'■':.."•;■■ в: пятой глава, рассматривается влияние скорости газа, напря-

\:--;огл;ости постоянного и щрсмзнного электрических полей и схемы- те-чзиия теплоносителей .на шх^азннй теплообмен в условиях барботпжа-При иоздвйстЕли. постоянного лоля на 'диэлектрическую жидкость,; содерк;'.лу-о газовые пузырьки, на поверхности последних, вследствие разности диэлектрических прокицаемостей хидкости и газа, вознжа- ■ ат чоллрнзацнопныз заряде. Электрическое поле, действуя на эти заряды, деформирует цузырьки, з результате чего очи натягиваются гдоль си.'гсььс; линий поля. Лри высоки: напряжеиностях поля (начиная с кВ/ом) они становятся неустойчивыми и легко дробятся при столкновениях с другим«-пузырьками, в результате чего поверхность конг-кта фаз резко увеличивается. Крсмо того, возникающая олекгро-колзокция ;;;идксн фазы способствует дополнительной турбулизации/: :.:о::;фазко'Л ноззр^пости- При этси, как видно из. рис. 7, рост напряг жз!!Костк ноля приводит к усилении интенсивности теплоотдачи.

Лна.-нз зкслермчега.адьккх''данных показа.*, -что .з электрическом, поле интенсификация теплообмена обратноцропорциональнг. скорости газа. ¡Сак я следовало скидать, наиболее сильно дейстьис электрического поля проявляете;; в области ¡.кяк;: скоростей газа, т.о. таи где наблюдается его ламинарное истечение из капилляра. . С увеличением скорости газа интенсификация прсцзсса постепенно уменьшается вследствие }величония доли турбулентного переноса, создаваемо;! дйкхекизм газовой фазы и переходом истечения из ламинарной в турбулентную область, что превалирует над турбулентным переносом создаваемым олзкурическиы полем. ■ Одним из перспективных направлений интенсификации межфазного теплообмена является применение церемонного и импульсного электрических долей, Изменяющееся электрическое поле, ЕОздечстзуг.

2,2 2,0

1.6 19 1.2

—1«М »4 —1 г>з о« <

✓ /

. 1

у. / ■ У

Г "у И Г

1 У ---- >__С

и

10

го 25 за

•Рис.7. Зависимость относительного коэффициента теплопередачи от напряженности электрического поля для прямотока , ■ ■ С , см/с: 1,2 - 0,0x1; 3,4 - . 0,019; 5,6 - 0,0оЗ енлодные линии - постоянное поле; пунктирные - переменное поле •.'*''.

на поляризационные злрдца, вызывает рздиадькыэ колебания пузырьков. Здесь вамно подчеркнуть, но п от.';и'-:;:е от колебаний пузырька б акустическом поле, электрическое поле действует иепосредствзн-но на х'раницу раздела <£аз, а не через изменение давлений в редкости, что позволяет избеиать нэку»чмх затрат энергии и суг;с-ст-веннс повысить эйект зоэдеГютвия.

Интенсиф/кация теплообмен? Судет происходить пр;: .тобой частоте п-одя, однако наиболее целесообразно г.спояьзозаше пере,.яжих полей.с частотами в диапазоне:

„ 2.

где а«р - коьдац:;еьт тешературэггризо,юности газовой смес::, •С/о;

К. - средний радиус пузырьков э отсутствие поля," м; х -тивкнй показатель температуры газд (I <х< 1,4); * - козЗри::;;-ент пропорциональности, определяемой из эксперимента (10 12). В этом случае тогцияа температурного пограничного слоя будет минимальна. Верхняя гранта дихтазспа частот определяете- собственной частотой механических колебаний пузырька. При соваздзиии частоты электрического поля с это!! частотой наступает релою^с и амплитуда колебаний поверхности пузарька достигает макс/малиюгэ значения. Радкалызге колебания пузырька вызывают иктенсив:5уз ?ур-булизаци» фаз, что юя-гнсг&вдгрув'? теплообмен.

В проведенных исследованиях использовалось переменное пеке промышленной частоты. Результаты опытов по мза'Зазнону теплообмену . -в переменном поле представлены частично на рис.7. Зависимость для с{г/е(е(р>) качественно аналогична зависимости, полученной в опн-тах с постоянным полем, однако полуденные значения максимальной интенсивности .теплообмена примерно в 1,3 раза выаз. Как видно, дане колебания с частотой весьма далекой от резонансной окаэытаэ? огцутимое влияние на теплообмен.

Математическая 'обработка данные на ЭШ позволила получт критериальные уравнения для межфазчого теплообмена в ыг.ь:

■ //и,/Ми. = у * с Аг^/к" , Ц8)

где А/иг и Ми» - значения критерия Нуссельта з электрическом поле и в его'отсутствие; для прямотокам ^2, с =7,93о,ю''' в постоянном и С =1,35а>10® в переменном полях, а для противотока ш =1,7, С =3,314•Ю1"''в постоянном и с =6.951 «10° в переменном полях.

\ ■ ■

-16 -

азоди ■ v

I. Зредаогдепа и численно проанализирована математическая модель динамики роста, отделения, отрыва и свободного двикзнил пузырька в электрическом поле. Сделано предположение о том, 'что воздействие поля связано с возникновением диэлектрофоретической. си.а1, приводящей в неоднородном поле к перемещению фазы с. меньшей диэлектрический проницаемостью в области наьмзньаей напряженности. Экспериментальна:! проверка адекватности предложенной модели с точностью не хуже 0 % подтвердите. принятое предположение. ,

Остановлено влияние скорости газа и напряженности э::ек-. тричзского поел на теплоотдачу горизонтальной пластины при противоположных ориентация^ поверхностей теплообмена. С увеличением скорости газа б отсутствие поля ипгоноквносхь теплоотдачи при • обеих сриснтациях »¿ластика возрастает пропорционально скорости га.-'а достигая максимального значения при. некоторой ее критической величине. Интенсивность теплоотдачи• ориентированной вверх пластины на порядок выше шггенсчвности теплоотдачи пластины лротиволо-' ложной ориентации, что связано с блокирующим Бездействием пузырьков на тепдообьеицул повзрхнэсть.

В елелтрическом поле чктенсизность теплообмена независимо от ор/.ек^агил пластины увеличивается прямопрэаорциональкс изменению напряженности поля, что связано с деблокированием обращенной вниз ллаотиш от пеьного слоя и турбулизацией пограничного слоя, офрект ориентации проявляется при увеличении скорости газа, что выражается в понижении интенсивности теплоотдачи на ориентированной вниз пластине- и в ее увеличении на иластине противоположной ориентации.

3. Получены критериальные уравнения (16) и (Г7) для расчета теплоотдача электродов горизонтального плосколараллеяьного конденсатора. Для ориентированного вверх газопроницаемого электрода обобщенна;! зависимость Л/и•*/(&<', Аг^Рги , к) имеет три области, в первой из которых число Нуссзльта автомодельно относительно , во второй ко автомодельно относительно вязкости жидкости,

в третьей Л/и~((Аг*а2Агг)Рп+) но автомодельно относительно динамического параметра К . В случае газонепроницаемого олектрода ié , где я. , / и я являются функциями , АГ* и Ят» . 1. Установлено влияние приведенной скорости газа и напряжен-

\

кости' элек^уическогс пояя на интенсивность шзфаного тзллосбмена • пои лршоточчом и проадвоточиом течеил.'/х фаз. .. С ростов напоя,сеи:*ости поля происходит штснс1г$»каг,ия ма'х-фазного те:.;лообмаь'1 как при прямоточное, так и лротисоточиоа двв-женилх фаз, что связано с увеличением скорости обновления площади меаф-азной поверхности и ее ростом э постоянном поле, а тагге-з ее колебанием в переменном поле.

о. На основе -теории подобия проведена обобщенье экспериментальных даннк: по' межфазгому теплообмену ь электрическом поле, 'предложены критериальные уравнения подобия т^па (18?, где з ка. чзстве определяющего числа кспользозано /г',.

Ставок литературы

1. Толубинс'ккЯ В.И. Теплообмен при ккязнии. Ifeac: Каткова думка, 1980. 313 с.

2. Кутателадзе С.С. Анализ подобия в теплофизике. Новосибирск: Наука, 13:2. 279 с.

Основное содержание работы отражено в сле.цулщнх г.у5ллча;.-!;гх: : I. Болога М.К., Са-ккн З.М., Г.оторж О.Б. Э.юктротсоигокапзиэз двп-••• ■; жение / фаз в гаьоаидкостных диопорсках системах // ТезлСм докладов УН Всесоюзной конференции "Двухфазны."! лоток з знэрге-■ тичес'ких махинах и аппаратах", 23-25 октября 1985 г., Лени;!- . . -V град; Т.' I. С. 368 ■-■070.

2. Болога "11.К., Ссаич 5.М. , .1.!оторин О.В. п др. Натематчгческое мо. дотирование движения пузырьков и капель под действием элоктэи-

. .ческоге поля // Тезисы доклада ВсосопэноЗ шкзлы-семинара "Математическое моделирование в науке и технике". Пермь, 9-15 -; " тля 1985 г. С. 18.

3. Сакин 5.М., Болога М.К., Моторин О.В. л др. Влияние электрического поля на дика.щку рсста, отрыва ц .дзкяения газового ггу-

, 'зырька в высокоо'шой жидкости // Электронная обработка кате-;;.■'•' риалов. 1937. " 6.. С. 41 --17. ■

4. Моторин О.В. М-экфаэный теплообмен при барботировании жсокосм-• ной жидкости в электрическом поле //' Тезисы докладов II Респу-

/ бликанскс:"! конференции молодых исследователей (14-15 декабря .1959 г.). iferahsb, IS89. С. 99-100.

\ 5. ¿&>торин О.В., -Сашн 4. ¿i., Болога м.К. Теплоотдача горизонтальной пластинм при барботчрозании высокоомной жидкости в элек-\ трциескт,- лсле // í^/к. депонирована з ВИНИТИ 02.04.b9 Ч* 2IÜ3-Bti9 (Wti .Y ú 1369 г.).

5. Садин а. 11., Ыстсрин О.В., Болога М.К. Теплоотдача при bos- , действии электрического поля на барботируекий слой // Тезисы доклада /I Всесоюзного совещании но электрической обработке материалов. Кишинев, 1990- С. 131.

7. Санин ö.ivl., Лоторнн О.Б., Болога ;Л.К. Влияние электричоского поля на нежфазвЛ теплообмен в условиях барбетажа // Тезисы доклада У1 Всесоюзного совещания по электрической обработке материалов. Кииикев, 1990. С. 132.

Ö. Болога ¡J.K., К<«ухарь И.А., Сажин ft.d., Алексеева Н.С., Map-'-дарений О.И., Майборода А.Н., Ио'яэрин О.В. Роль электроконвективных явлений в интенсификации теплообмена (The role of elec-trocoivtctire phrncmeca in heat transfer ateppinp; up) // Тезисы X ;.1е»цународкой конференции по проводимости и пробои в диэлектрических ?г.илкостях. Гренобль. 10-14 сентября. 1990. С. 333-337.

У. Болога ¡.¡.К., Са&ик O.K., л1о;орин O.E., Секриеру Г.В. Управление ЭГд состоянием газожи.цкостной с^еси в процессах барбста->ка // Гезисы докладов II Всесоюзного семинара-совещания. Ле-нинград-Петродворец, 1-5 июля 1991 г, С. 40-41.

10. A.c.' Í,' I4746IÖ (СССР) Ш С 05 D 23/30. Тврмостатирущве устройство для высокоомньрс жидких сред / Болога в1.К., Сажин й.м., лоторин О.В., Саэин U.K. Опубликовано ВИ. I9tf9. И5.

11. A.c. íí I509od2 (СССР) ШИ Р 2d Р 13/16. Способ регулирования теплообмена / Болога И.К., Сажин Ф.М., Моторин О.В., Савин U.K. Опубликовано БИ. I9d9. 2 35.

12. A.c. Jf 16201II (СССР) ЖИВ CI D 3/32. Способ взаимодействия парогазовой смеси с високоомной жидкостью и устройство для его осуществления / Болога U.K., Сакин 0.¡И., Моторин О.В., йакеммук E.H. Опубликовано БИ. 1991. Я