Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Экспериментальное исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении в закрученном потоке недогретой воды при одностороннем нагреве

Диссертация: Экспериментальное исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении в закрученном потоке недогретой воды при одностороннем нагреве
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Экспериментально установлено, что в условиях неоднородного нагрева появление локальной паровой пленки в окрестности «лобовой» точки при кипении в недогретом закрученном потоке однозначно не может восприниматься как кризис теплообмена, следствием которого является быстрый рост температуры с последующим пережогом стенки. Обнаружены режимы кипения с сильным недогревом и высокими массовыми… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Анализ современного состояния проблемы. Постановка задачи диссертации
    • 1. 1. Теплообмен при кипении
    • 1. 2. Кризис теплоотдачи при кипении
    • 1. 3. Выводы. Постановка задачи диссертации
  • Глава 2. Критические тепловые нагрузки при кипении в закрученном потоке не до гретой воды
    • 2. 1. Анализ влияния режимных параметров на критические тепловые нагрузки при кипении в прямом потоке. Вывод расчетного соотношения
    • 2. 2. Влияние закрутки, неоднородности нагрева на критические тепловые нагрузки
    • 2. 3. Выводы
  • Глава 3. Описание экспериментальной установки. Методы и средства измерений
    • 3. 1. Краткое описание экспериментальной установки
      • 3. 1. 1. Принципиальная схема установки
      • 3. 1. 2. Рабочий участок и петля гидравлического контура
    • 3. 2. Автоматизированная система сбора и обработки экспериментальных данных
    • 3. 3. Методы и средства измерений
      • 3. 3. 1. Методика проведения экспериментов
      • 3. 3. 2. Средства измерений и оценка погрешности измерений
    • 3. 4. Выводы
  • Глава 4. Результаты экспериментальных исследований теплообмена при кипении в недогретом закрученном потоке
    • 4. 1. Методика обработки первичных данных экспериментальных исследований
    • 4. 2. Представление результатов экспериментальных исследований теплообмена при кипении в недогретом закрученном потоке
    • 4. 3. Выводы
  • Глава 5. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом закрученном потоке при одностороннем нагреве
    • 5. 1. Методика определения критических тепловых нагрузок
    • 5. 2. Анализ экспериментальных результатов
    • 5. 3. Выводы

Экспериментальное исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении в закрученном потоке недогретой воды при одностороннем нагреве (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Проблемы теплообмена в условиях вынужденного движения теплоносителя в каналах привлекают внимание исследователей в течение многих лет. В настоящее время в связи с развитием тепловой и ядерной энергетики, исследованиями по созданию термоядерных реакторовохлаждению зеркал мощных лазеров, а также сопел и обтекателей авиационных и космических аппаратов, мишеней ускорителей, электродов мощных электровакуумных устройств и МГД-преобразователей и т. д. резко возросла потребность в разработке надежных теплообменных аппаратов, работающих в чрезвычайно теплонапряженных условиях. Так, например, в приемниках отклоненных ионов и калориметрах инжекционных систем термоядерных экспериментальных ус.

— у тановок плотность тепловых потоков достигает ~ 100−120 МВт/м [1]. Наиболее эффективным механизмом теплоотвода в столь теплонапряженных условиях, является, по-видимому, кипение в закрученном потоке недогретой воды.

В представляемой работе рассматриваются теплообмен и кризис теплообмена при кипении в условиях вынужденного движения недогретого закрученного потока при одностороннем нагреве. Подобные условия теплообмена выбраны в качестве основных при разработке приемников пучков высокоэнергетичных нейтральных и заряженных частиц систем инжекции термоядерных экспериментальных установок и обусловлены спецификой параметров инжектируемых пучков, воспринимаемых этими приёмниками.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

На основе выполненных автором исследований в работе получены экспериментальные и теоретико-расчетные результаты, связанные с рассмотрением теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении недогретого закрученного протока воды при неоднородном нагреве.

1. Получен систематизированный массив экспериментальных осредненных данных по критическим тепловым нагрузкам при кипении воды в недогретом закрученном потоке при неоднородном обогреве пучками заряженных частиц в области режимных параметров теплоносителя: давление р е [0.7- 1.5] МПа, массовая скорость pw е [540- 8800] кг/(м2-с), недогрев .г е [-0.4- -0.2]. Ранее при этих параметрах были получены единичные экспериментальные данные, в основном [22]. Экспериментально достигнутый уровень максимальных критических тепловых нагрузок равен 78.3 МВт/м2 при р = 0.7 МПа, pw = 8800 кг/(м2-с), х=— 0.3.

2. Получено семейство кривых кипения воды в недогретом закрученном потоке в вышеуказанном диапазоне режимных параметров. Всего в обработку вошло 893 экспериментальных точек. Выполнен анализ влияния скорости, недогрева на интенсивность теплоотдачи, основными результатами которого являются следующие положения:

— Установлено, что при развитом поверхностном кипении, вплоть до околокритических тепловых нагрузок, теплоотдача возрастает с ростом массовой скорости при ее значениях превышающих 4000 кг/(м2-с).

— Степенная зависимость плотности тепловых потоков от температурного напора на стенке при кипении в недогретом потоке заметно более слабая, чем при кипении.

1 8 насыщенной жидкости: q ~ ДТС. Получены эмпирические соотношения для кривых кипения в недогретом потоке с низкими массовыми скоростями pit' < 2500 кг/(м2-с), и с высокими pif > 4000 кг/(м2-с).

— Недогрев теплоносителя до температуры насыщения при развитом поверхностном кипении не оказывает влияния на теплоотдачу.

3. Экспериментально установлено, что в условиях неоднородного нагрева появление локальной паровой пленки в окрестности «лобовой» точки при кипении в недогретом закрученном потоке однозначно не может восприниматься как кризис теплообмена, следствием которого является быстрый рост температуры с последующим пережогом стенки. Обнаружены режимы кипения с сильным недогревом и высокими массовыми скоростями, при которых по внутреннему периметру канала имеет место смешанный режим теплообмена: вынужденная конвекция, пузырьковое и пленочное кипение.

4. На основе сравнения расчетов по наиболее известным эмпирическим и полуэмпирическим соотношениям для критических тепловых нагрузок при кипении в условиях прямого недогретого потока с данными скелетных таблиц выявлена функциональная зависимость критической тепловой нагрузки при кипении в этих условиях от таких параметров как массовая скорость, недогрев, давление, диаметр канала. С поправками, учитывающими влияние закрутки потока и неоднородности нагрева было получено эмпирическое расчетное соотношение для qKp при кипении недогретого закрученного потока при неоднородном нагреве с хорошим соответствием известным экспериментальным данным. С использованием данного соотношения рассчитаны экспериментально полученные значения критических тепловых нагрузок.

Показать весь текст

Список литературы

  1. .Б. Основы физики плазмы токамака // Итоги науки и техники, серия «Физика плазмы». — 1991. т. 10, ч.1. — 147 с.
  2. Lopina R.F., Bergles A.E. Heat transfer and pressure drop in tape -generated swirl flow of single-phase water // Journal of Heat Transfer, Transactions of the ASME.-1969-vol. 91, № 3.-P. 158−169.
  3. Thorsen R., Landis F. Friction and heat transfer characteristics in turbulent swirl flow subjected to large tranverse temperature gradients // Journal of Heat Transfer, Transactions of the ASME. -1968. vol. 90, № 1. — P. 91 — 103.
  4. Bergles A.E., Lee R.A., Mikic B.B. Heat transfer in rough tubes with tape-generated swirl flow // Journal of Heat Transfer, Transactions of the ASME. -1969, — vol. 91, № 3. -P. 169 171.
  5. А. Интенсификация теплообмена И Теплообмен. Достижения. Проблемы. Перспективы / Избранные труды 6-ой Международной конференции, под ред. Б. С. Петухова М.: «Мир». -1981. — С. 145−192.
  6. Р., Берглес А. Кипение недогретой воды в потоке, закрученном лентой // Труды амер. об-ва инж.-мех., серия С/ Теплопередача. 1973. — т.95, № 2. — С. 142 147.
  7. В.В. Научное наследие Д.А. Лабунцова и современные представления о пузырьковом кипении // Теплоэнергетика. 1995. — № 3. — С. 5 — 9.
  8. Д. А. Теплообмен при пузырьковом кипении жидкости // Теплоэнергетика. 1959. -№ 12. — С. 19−26.
  9. В. В. Лузин В.А. Сукомел Л. А. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении хладонов и высоких скоростях вынужденноно движения // Теплоэнергетика. 1998. -№ 3. — С. 11 — 19.
  10. Д.А. Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1963. — № 1. — С. 58−71.
  11. Д.А. Вопросы теплообмена при пузырьковом кипении жидкостей // Теплоэнергетика. 1972. — № 9 — С. 14 — 19.
  12. В.В. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении жидкостей // Теплоэнергетика. 1988. -№ 2. — С. 4 — 9.
  13. В.В., Лузин В. А. Кризис кипения в условиях вынужденного движения недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 1985. — № 10. — С. 52 — 54.
  14. Weatherheat R. J. Nucleate boiling characteristics and the critical heat flux occurrence in subcooled axial-flow water system // U.S. AEC Rep. ANL-6675. 1962.
  15. Jens W.H., Lottes F.A. Analyses of heat transfer, burnout, pressure drop and density data for high pressure water // U.S. AEC Rep. ANL-4627. 1951.
  16. Chen J.C. Correlation for boiling heat transfer to saturated liquids in convectiv flow // Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Develop. 5:322 1966.
  17. Ю.А., Климов А. И., Маслакова И. В. Предельные параметры для систем охлаждения, использующих кипение сильно недогретой воды // Теплоэнергетика. 1985.-№ 12. — С. 55−59.
  18. Д.А. Обобщенные зависимости для теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкости // Теплоэнергетика. 1960. — № 5. — С. 76−81.
  19. С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.
  20. Schlosser J., Boscary J. Thermalhydraulic tests on divertor tagets using swirl tubes // Final Rep. Association EURATOM-CEA-P/C0.94.03-Cadarache. 1994. — 52 p.
  21. Проект ДЕМО. Основы концепции демонстрационного термоядерного реактора ДЕМО. М: РНЦ «Курчатовский институт ШС. Часть И. — 1993. — 422 с.
  22. Кузнецов Ю Н. Теплообмен в проблеме безопасности ядерных реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 296 с.
  23. Milora S.L., Cjmds S.K., Foster S.A. OAK fidge national laboratory // Fusion Energy Div., ORNL/TM 9183. — 1987.- 17p.
  24. B.E. О происхождении кризисов теплообмена в трубах при течении недогретой воды и влажного пара // Теплоэнергетика. 1980. — № 18. — С. 44 — 49.
  25. Lee С.Н., Mudawar I. A mechanistic critical heat flux model for subcooled flow boiling based on local bulk flow conditions // Int. J. of Multiphase Flow. 1988. — vol. 14, No. 6.-P. 711 -728.
  26. Kutateladze S.S., A.I. Leontev Some applications of the asymptotic theory of the turbulent boundary layer // Proc. 3rd Int. Heat Transfer Conf. 1966. — vol. 3. — P. 1−6.
  27. Tong L.S. A phenomenological study of critical heat flux // ASME Paper, 75-HT-68. -1975.
  28. Smogalev I.P. Calculation of critical heat fluxed with flow of subcooled water at low velocity//Thermal Engng. 1981. — vol. 28, № 4. — P. 208 — 211.
  29. I. Fiori M.P., Bergles A.E. Model of critical heat flux in subcooled flow boiling // Proc. 4th Heat Transfer Conf. 1970. — Versalies 9. — P. 354 — 355.
  30. Van der Molen S.B. The boiling mechanism during burnout phenomena in subcooled two phase water flows // Proc. 6-th Int. Heat Transfer Conf., Toronto. — 1978. — vol.1. — P. 381 -385.
  31. Weisman Y., Pei B.S. Prediction of critical heat flux in flow boiling at low qualities // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1983. — vol. 26. No. 10. — P. 1463 — 1477.
  32. Haramura Y., Katto Y. A new hydrodynamic model of critical heat flux, applicable widely to both pool and forced convection boiling on submerged bodies in saturated liquids // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1983. — vol. 26, No. 3. — P. 389 — 399.
  33. Serizawa A. Theoretical prediction of maximum heat flux in power transients // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1983. — vol. 26, No. 6. — P. 921 — 932.
  34. В.В. О механизме кризиса теплообмена при кипении насыщенной и недогретой жидкости в трубах // Теплоэнергетика. 1992. -№ 5. — С. 16 — 22.
  35. Ю.А. Об универсальной модели кризиса кипения недогретой жидкости в каналах // ТВТ- 1996. т. 34, № 1. — С. 52 — 56.
  36. В.И., Домашев Е. Д. К расчету кризиса теплоотдачи при кипении в каналах В. сб.: Тепло — и массообменные процессы. Киев, Наукова думка. -1986, — 164 с.
  37. В.И., Домашев Е. Д. О причинах расхождения экспериментальных данных по кризису теплоотдачи при кипении в каналах. В сб.: Теплоперенос в жидкостях и газах. Киев, Наукова думка. — 1984 — С. 3 — 23.
  38. Влияние закрутки потока и пористого покрытия на характеристики теплосъема при кризисе теплообмена в каналах с неоднородным нагревом / Кузма-Кичта Ю.А., Комендантов А. С., Оводков А. А. и др. // ТВТ. 1992. — т. ЗО, № 4. — С. 772 777.
  39. Katto Y. A physical approach to critical heat flux of subcooled flow boiling in round tubes // Int. J. Yeat and Mass Transfer. 1990. — vol. 33, № 4. — P. 611 — 620.
  40. Григорьев B. A, Павлов Ю. М., Аметистов E.B. Кипение гриогенных жидкостей. -М.: Энергия, 1977.-288 с.
  41. Ю.А., Привалов Н. П., Климова А. И. Критические тепловые потоки при кипении недогретой воды в прямоугольных каналах с односторонним подводом тепла // Теплоэнергетика. 1981. — № 1. — С. 48 — 51.
  42. Celata G.P. Critical heat flux in water subcooled flow boiling: Experimentation and modelling // Proc. 2nd European thermal science and 14-th National Heat Transfer Conf. // Edizioni ETS, Pisa. 1996. — vol. 1. — P. 27 — 40.
  43. З.Л., Мостинский И. Л. Критические тепловые потоки при равномерном и неравномерном обогреве периметра парогенерирующих труб // Теплоэнергетика. 1958. -№ 11.- С. 64 — 69.
  44. М.А., Мостинский И. Л. О влиянии неравномерности обогрева периметра трубы на величину критических тепловых потоков // ДАН СССР. -1959, — т. 127, № 2, — С. 316−317.
  45. Inasaka F., Nariai H. Critical heat flux and flow characteristics of subcooled flow boiling in narrow tubes // JSME Int. Journal. 1987, — vol. 30, No. 268. — P. 1595 — 1600.
  46. Inasaka F., H. Nariai. Evaluation of subcooled critical heat flux correlations for tubes with and without internal twisted tape // Paper at the NURETH-5.
  47. Naria H., Inasaka F., Fujisaki W., H.Ishiguro. Critical heat flux of subcooled flow-boiling in tubes with internal twisted tapes // 7-th proceeding of nuclear thermal hydraulics 1991. — ANS Winter meeting.
  48. Рекомендации по расчету кризиса теплообмена при кипении воды в круглых трубах. М.: Препринт 1 — 57 МВТ АН СССР, 1980. — 67 с.
  49. Groneveld D.C., Kiameh В.P., Cheng S.C. Prediction of critical heat flux (CHF) for non- aqueous fluids in forced convective boiling // Proc. 8-th Intern. Heat Transfer Conf. -San. Francisco, 1986. vol. 5. — P. 2209 — 2214.
  50. D.C., Cheng S.C., Doan T. 1986 AECL 40 critical heat flux look up table // Heat transfer Engineering. — 1986. — No. 1 — 2. — P. 46 — 62.
  51. Gunther F.C. Photographic study of surface boiling heat transfer to water with forced convection // Transaction of ASME. — 1951. — vol. 73. — № 2.
  52. Knoebel D.H., Harris S.D., Crain Jr.B. and R.M.Biderman. Forced convection subcooled critical heat flux // DP — 1306, E.I. Dupont de Nemours and company. — Feb, 1973.
  53. Griffel J. Forced convection boiling burnout for water in uniformly heated tubular test sections//Columbia university report. — NYO-187−7. — May, 1965.
  54. А.П., Кичигин A.M. Исследование зависимости критической тепловой нагрузки от весовой скорости, недогрева и давления // Теплоэнергетика. 1961. -вып. 2. — С. 75 — 79.
  55. В.И., Маграквелидзе Т. Ш. Экспериментальное исследование влияния двухразмерной шероховатости на критические тепловые нагрузки и теплообмен при кипении в потоке недогретой воды // Теплоэнергетика. 1976. — т. 26, вып. 6.- С. 4 8.
  56. А.П., Кичигин A.M. Критические тепловые нагрузки при кипении недогретой воды в трубах малого диаметра в области высоких давлений // Теплоэнергетика. 1962. — № 19, вып. 6. — С. 44 — 47.
  57. В.И., Маграквелидзе Т. Ш. О механизме воздействия двухразмерной искусственной шероховатости на кризис кипения в потоке недогретой воды /7 Теплоэнергетика. 1978. -№ 31, вып. 2. — С. 5 — 7.
  58. С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. 1952. 232 с.
  59. В.В. Физическая модель и расчетное соотношение для критических тепловых нагрузок при пузырьковом кипении жидкости в большом объеме // Теплоэнергетика. 1988. — № 6. — С. 53−59.
  60. В.В., Зудин Ю. Б. Методика расчета критических тепловых нагрузок при кипении недогретого теплоносителя в канале с ленточным завихрителем // Тепломассообмен, ММФ 96. -1996. — т. 4, ч. 1. — С. 125 — 127.
  61. Celata G.P., Cumo М., Mariani A. Burnout in highly subcooled flow boiling in small diameter tubes // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1993. — vol. 36, No. 5. — P. 1269 -1285.
  62. Inasaka F» Nariai H., Shimura T. Critical heat flux of subcooled flow boiling in narrow tube // ASME JSME Thermal engineering joint conf. — Honolulu, MARCH 22 — 27. -1987.
  63. Экспериментальный стенд для исследования кризиса теплообмена на фрагменте приемника энергии Т-15/ Гусаров А. В., Касаткин А. П., Комов А. Т. и др. // Труды МЭИ. 1993. — № 659. — С. 43−51.
  64. Koski J.A., Groessman C.D. Critical heat flux Investigations for Fusion-Relavant Condition With Water The Use of A Rastered Electron Beam Apparatus // ASME Paper 88-WA/NE-3. 1988.
  65. В.К. Исследование параметров теплосъема в тепловоспринимающих элементах инжекционных систем термоядерных установок: Дис.. канд. тех. наук. -М&bdquo- 1998, — 202 с.
  66. АСНИ на экспериментальном стенде по исследованию критического теплообмена / К. В. Аверьянов, А. Н. Варава, А. В. Дедов и др. // Информационные средства и технологии: Док. на междун. конфер.: М, 1998. — т.2. С. 39−43.
  67. А.Т. Теплообмен в приемниках пучков термоядерных установок с высокой плотностью энергии: Дис.. докт. тех. наук. М., 2000. — 402 с.
  68. Rohsenow W.M. Nucleation with boiling heat transfer // lnd. Eng. Chem. 1966. — vol. 58, No 1.- P. 302- 315.
  69. С.Ю. Экспериментальное исследование и построение обобщенной методики расчета температуры кризиса пленочного кипения на погруженной поверхности нагрева: Автореф. дис.. канд. тех. наук. — М., МЭИ, 1987. 20 с.
  70. Е.В., Клименко А. В., Павлов Ю. М. Кипение криогенных жидкостей. -М.: Энергоатомиздат. 1995. — 400 с.
  71. Н.М., Левченко Е. П., Головлева Е. А. Теплообмен при пленочном кипении гелия в поле центробежных сил // Теплоэнергетика. -1986. № 4. — С. 4345.
  72. A.C., Комов A.T. Анализ условий теплосьема в приемнике сильноточного пучка при импульсном одностороннем обогреве // Вестник МЭИ. -1996. -№ 5.-С. 53−55.163
  73. Экспериментальное исследование теплообмена при кипении в недогретом закрученном потоке теплоносителя / Варава А. Н., Дедов А. В., Комов А. Т. и др. // Вестник МЭИ. 2000. — № 1. — С. 85−89.
  74. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении реактивных топлив / Ягов В. В. Яновский Л.С., Галимов Ф. М. и др. // ТВТ. 1994. -Т.32., № 6.
  75. Willingham Т.С., Mudawar I. Forced-convection boiling and critical heat flux from a linear array of discrete heat source // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1992. — vol. 35, № 11.-P. 2879−2890.
  76. Willingham T.C., Mudawar I. Channel heght effects on forced-convection boiling and critical heat flux from a linear array of discrete heat sources // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1992. — vol. 35, № 8. — P. 1865−1880.
  77. Stephan K., Auracher H. Correlation of nucleate boiling heat transfer in forced convection // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1981. — vol. 24, № 1. — P. 99−107.
  78. Muller-Steinhagen N., Watkinson A.P., Epstein N. Subcooled -boiling and convection heat transfer to heptana flowing inside in annulus and passed a cooled wire // Int. J. Heat and Mass Transfer. 1986. — vol. 108, № 4. — P. 922−933.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?