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

Теплообмен при кипении в условиях вынужденного течения закрученного потока в каналах малого диаметра

Диссертация: Теплообмен при кипении в условиях вынужденного течения закрученного потока в каналах малого диаметра
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Усовершенствована методика расчёта конвективного теплообмена в каналах с закрученным потоком, учитывающая существенный вклад в теплоотдачу центробежной конвекции. Методика позволяет учесть наличие начального термического участка. Результаты расчётов совпадают с результатами эксперимента по всему массиву данных в пределах ±20%. Другая особенность современных исследований связана с миниатюризацией… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИИ
    • 1. Л. Гидродинамика, теплообмен и режимы течения в каналах малого диаметра
      • 1. 2. Гидродинамика и теплообмен в закрученных потоках при однородном обогреве канала
      • 1. 3. Особенности теплообмена в закрученном потоке при одностороннем обогреве
      • 1. 4. Выводы и постановка задачи диссертационной работы
  • ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И РАБОЧИХ УЧАСТКОВ
    • 2. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки
    • 2. 2. Гидравлический контур
    • 2. 3. Вакуумная система
    • 2. 4. Система нагрева
    • 2. 5. Система сбора и обработки информации
    • 2. 6. Петля гидравлического контура
    • 2. 7. Описание рабочих участков
    • 2. 8. Методика проведения экспериментов
  • ГЛАВА 3. ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛООБМЕН В ДОКРИЗИСНЫХ РЕЖИМАХ
    • 3. 1. Экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению при течении закрученного потока жидкости в канале рабочего участка
    • 3. 2. Описание методики обработки экспериментальных данных о теплообмене
    • 3. 4. Теплообмен при пузырьковом кипении
  • ГЛАВА 4. КРИТИЧЕСКИЕ ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ И КРИЗИС КИПЕНИЯ
    • 4. 1. Методика определения критических тепловых потоков
    • 4. 2. Критические тепловые потоки
    • 4. 3. Экспериментальное изучение смены режимов кипения

Теплообмен при кипении в условиях вынужденного течения закрученного потока в каналах малого диаметра (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Потребности в развитии новой техники и энергетики накладывают определенную специфику на условия теплообмена. Так для приемников энергии термоядерных реакторов (ТЯР) характерен односторонний обогрев и огромные О плотности мощности, существенно превышающие 10 МВт/м. Интенсификация теплообмена в этих условиях достигается закруткой потока теплоносителя. Цикл экспериментальных работ, проведенных в последние два десятилетия по данной тематике, существенно обогатил знания гидродинамики и теплообмена, как в условиях однофазной конвекции, так и при кипении теплоносителя. Получены экспериментальные данные по критическим тепловым нагрузкам, существенно превышающие значения, характерные для традиционных условий теплообмена.

Другая особенность современных исследований связана с миниатюризацией тепловыделяющих элементов и, следовательно, с созданием теплообмен-ных устройств малых и сверхмалых размеров. В этой связи, в последнее время активно изучаются вопросы гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра.

В представляемой работе рассматриваются гидродинамика, конвективный теплообмен, кипение и кризис теплообмена при кипении в условиях вынужденного движения недогретого закрученного потока при одностороннем нагреве в канале малого диаметра.

Выводы по 4 главе.

Получен массив значений критических тепловых потоков дкр при ат = 4 мм и 2,2 мм, ри> = 1000 — 9500 кг/(м2-с) — /?/>г = 0,7 и 1,0 МПа хы = -(0,18 — 0,31), к= 0,37- 0,19 и 0 (без ленты). Подобные данные для закрученного потока в условиях одностороннего обогрева труб малого диаметра получены впервые.

Проведено обобщение экспериментальных данных по критическим тепловым потокам. Показано, что при больших массовых скоростях (ри> > 4500 кг/(мс)), значительных недогревах потока теплоносителя.

Хщ < -0,31) и неоднородного по периметру канала обогрева, кризис кипения имеет термодинамическую природу.

Получен массив экспериментальных данных о теплообмене в закрученном потоке воды при одностороннем интенсивном нагреве, который охватывает области пузырькового, переходного и пленочного кипения в условиях сильно недогретого до температуры насыщения потока теплоносителя в каналах с гидравлическим диаметром 8 и 4,6 мм. Выполнен анализ условий наступления кризиса теплообмена и влияния закрученной ленты на локальный теплообмен и распределение температурного поля в мишени РУ.

Показано, что наличие скрученной ленты приводит к образованию неоднородного температурного поля в стенки мишени, неоднородность которого увеличивается с приближением к лобовой точке или ребру ленты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В соответствии с поставленными задачами в данной диссертационной работе, сделаны следующие выводы:

Проведены экспериментальные исследования и получен банк экспериментальных данных (163 точки) по гидродинамике для широкого диапазона значений массовой скорости и коэффициентов закрутки, как в условиях изотермического течения закрученного потока, так и с нагревом. Показано, что учет эффективной скорости потока, эффективной длины канала и температуры отнесения, для сильно недогретого закрученного потока в условиях неравномерного обогрева позволяет применять классические соотношения для однофазного потока при расчетах коэффициента гидравлического сопротивления даже в условиях кипения.

Получен массив экспериментальных данных о теплообмене в закрученном потоке воды при одностороннем интенсивном нагреве (310 точек), который охватывает области конвективного теплообмена, неразвитого и развитого пузырькового кипения в условиях сильно недогретого потока теплоносителя.

Проведено сравнение двух методов определения локального коэффициента теплоотдачи: на основе непосредственной обработки результатов прямых измерений температурного поля мишени и решением прямой краевой задачи теплопроводности. Установлены границы применимости каждого из них.

Усовершенствована методика расчёта конвективного теплообмена в каналах с закрученным потоком, учитывающая существенный вклад в теплоотдачу центробежной конвекции. Методика позволяет учесть наличие начального термического участка. Результаты расчётов совпадают с результатами эксперимента по всему массиву данных в пределах ±20%.

Апробирована методика расчёта теплообмена при кипении. При сопоставлении с экспериментальными данными, расчёт по данной методике показывает хорошее согласие со всеми опытными данными.

Получен массив значений критических тепловых потоков при кипении в канале диаметром с1— 4 мм и с1г = 2,2 мм, с режимными параметрами = 1000 — 9500 кг/(м2-с) — #" = 0,7 и 1,0 МПа хт = -(0,18 — 0,31). Подобные данные для закрученного потока в условиях одностороннего обогрева получены впервые. Проведено обобщение экспериментальных данных по критическим тепловым потокам. Показано, что при больших массовых скоростях (р>у > 4500 кг/(мс)), значительных недогревах потока теплоносителя (Хщ < -0,31) и неоднородного по периметру канала обогрева, кризис кипения имеет термодинамическую природу.

Получен банк экспериментальных данных о теплообмене в закрученном потоке воды при одностороннем интенсивном нагреве, который охватывает области пузырькового, переходного и пленочного кипения в условиях сильно не-догретого до температуры насыщения потока теплоносителя в каналах с гидравлическим диаметром 8 и 4,6 мм. Выполнен анализ условий наступления кризиса теплообмена и влияния закрученной ленты на локальный теплообмен и распределение температурного поля в мишени РУ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Tukerman D.B., Pease R.F., High performance heat sink for VLSI // IEEE Electronic device letters, EDL-2. — 1986. — pp. 126−129.
  2. Barnea D., Luninsky Y., Taitel Y., Flow pattern in horizontal and vertical two-phase flow in small diameter pipes, Can. J. Chem. Eng. — 1983 — 61 —-pp. 617−620.
  3. Kandlikar S., Fundamental issues related to flow boiling in minichannels and microchannels // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2002. — № 26. — pp. 389−407.
  4. Kawahara A., Chung P.M.-Y., Kawaji M., Investigation of two-phase flow pattern, void fraction and pressure drop in a microchannel // Int. J. Multiphase Flow — 2002. — № 28. — pp. 1411−1435.
  5. Mala Gh. M., Li D., Flow characteristics of water in microtubes // International Journal of Heat and Fluid Flow — 1999. — № 20. — pp. 142−148.
  6. Guo Z.Y., Characteristics of microscale fluid flow and heat transfer // I MEMS. In: Proceedings of the International conference on Heat Transfer and Transport Phenomena in Microscale, Banff, Canada, — 2000. —pp. 24−31.
  7. Dukler, A. E., Moye Wicks, III, and Cleveland, R. G., Pressure Drop and Hold-Up in Two-Phase Flow, AIChEJ., 1964 — vol. 10−1, — pp. 38−51.
  8. Lockhart, R. W., and Martineiii, R. C., Proposed Correlation of Data for Isothermal Two-Phase Two-Component Flow in Pipes, Chem. Eng. Progress, vol. 45, pp. 39−48, 1949.
  9. Lee H.J., Lee S.Y., Pressure drop correlations for two-phase flow within horizontal rectangular channels with small heights // Int. J. Multiphase Flow — 2001. —№ 27.—pp. 783−796.
  10. J.G. Collier, Gas-liquid flow, in: Heat Exchanger Design Handbook, vol. 2, Hemisphere, Washington, DC, 1983 (Section 2.7.3)
  11. Chen L., Tian Y. S., Karayiannis T. G., R134A flow patterns in small diameter tubes // 3rd International Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation, Pisa, — 22−24 September 2004.
  12. Д.А., Ягов B.B. Механика двухфазных систем. М.: Изд. МЭИ, 2000.
  13. Xu J., Experimental study on gas-liquid two-phase flow regimes in rectangular channels with mini gaps // Int. J. Heat and Fluid Flow — 1999. — № 20. — pp. 422−428.
  14. Revellin R., Thome J. R., Experimental investigation of R-134a and R-245fa two-phase flow in microchannels for different flow conditions // Int. J. Heat and Fluid Flow — 2007. — № 28. — pp. 63−71.
  15. Qu W., Mala Gh. M., Li D., Heat transfer for water flow in trapezoidal silicon microchannels // Int. J. Heat and Mass Transfer — 2000. — № 43. — pp. 3925−3936.
  16. Patankar S.V., A numerical method for conduction in composite materials, flow in irregular geometries and conjugate heat transfer // Proceedings of 6th Int. Heat Transfer Conference — 1987 — vol. 3 — pp. 297−302.
  17. Bucci A., Celata G.P., Cumo M., Serra E, Zummo G., Fluid flow and singlephase flow heat transfer of water in capillary tubes // First International Conference on Microchannels and Minichannels, Rochester, New York, USA. — April 21−23, 2003.
  18. Bao Z.Y., Fletcher D.F., Haynes B.S., Flow boiling heat transfer of Freon R11 and HCFC123 in narrow passages // Int. J. Heat and Mass Transfer — 2000. — № 43,—pp. 3347−3358.
  19. G.M. Lazarek, S.H. Black, Evaporative heat transfer, pressure drop and critical heat flux in small vertical tube with R-l 13, International Journal of Heat Mass Transfer 25 (1982) 954±960
  20. J.C. Chen, Correlation for boiling heat transfer to saturated fluid in convective flow, I. and EC Process Design and Development 5 1966, — pp.322−329
  21. K.E. Gungor, R.H.S. Winterton, Simpli®ed general correlation for saturated flow boiling and comparison of correlations with data, Chemical Engineering Research and Design 65 (1987) pp. 148−165
  22. V.V. Klimenko, A generalised correlation for two-phase forced flow heat transfer, International Journal Heat Mass Transfer 31 (1990) pp. 541−552
  23. Z. Liu, R.H.S. Winterton, A general correlation for saturated and subcooled flow boiling in tube and annuli, based on a nucleate pool boiling equation, International Journal Heat Mass Transfer 34 (1991) 2759−2766
  24. D. Steiner, J. Taborek, Flow boiling heat transfer in vertical tubes correlated by an asymptotic model, Heat Transfer Engineering 13 (1992) 43−69
  25. Diaz M.C., Schmidt J., Experimental investigation of transient boiling heat transfer in microchannels // Int. J. Heat and Fluid Flow — 2007. — № 28. — pp. 95−102
  26. Kandlikar S.G., Steinke M.E., Flow Boiling Heat Transfer Coefficient in Mini channels Correlation and Trends // Proceedings of 12th International Heat Transfer Conference, Aug 2002, Grenoble, France, — 2002. — Paper № 1178
  27. Zhang, W., Hibiki, T., Mishima, K., 2004. Correlation for boiling heat transfer in mini-channels. International Journal of Heat and Mass Transfer 47, 57 495 763.
  28. Shuai J., Kulenovic R., Sobierska E., Mertz and R., Groll M., Flow boiling heat transfer in a vertical narrow channel // 3rd International Symposium on
  29. Two-Phase Flow Modelling and Experimentation, Pisa, — 22−24 September 2004.
  30. B.E., Кузнецов B.B., Тепломассообмен при фазовых переходах и химических превращениях в микроканальных системах // Труды РНКТ-4—2006.—Т. 1.-С. 33 -37.
  31. А. Интенсификация теплообмена // Теплообмен. Достижения. Проблемы. Перспективы / Избранные труды 6-ой Международной конференции, под ред. Б.С.Петухова-М.: «Мир». -1981. С.145−192.
  32. B.K. Повышение эффективности современных теплообменников // Ленинград: Энергия. 1980.
  33. Manglik R.M., Bergles А.Е., Swirl flow heat transfer and pressure drop wisth twisted-tape inserts // Advances in heat transfer — 2002. — № 36. — pp. 183−266.
  34. Boscary J., Fabre J., Schlosser J. Critical heat flux of water subcooled flow in one-side heated swirl tubes // International Journal of Heat and Mass Transfer. Pergamon. 1999. — № 42. — pp. 287−301.
  35. Celata G.P., Cumo M., Mariani A. Rationalization of existing mechanistic models for the prediction of water subcooled flow boiling critical heat flux //1.ternational Journal of Heat and Mass Transfer. 1994. — № 37. — P. 347 -360.
  36. Celata G.P., Cumo M., Mariani A. The prediction of the critical heat flux in water — subcooled flow boiling // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1995. — № 38. — P. 1111 — 1119.
  37. Kinoshita H., Yoshida T. Study on the mechanism of critical heat flux enhancement for subcooled flow boiling in a tube with internal twisted tape under nonuniform heating conditions // Heat transfer. Japanese Research. — № 25(5), 1996. — P. 293 — 307.
  38. A.H. Варава, A.B. Дедов, E.M. Захаров, A.T. Комов, B.B. Ягов Исследование гидравлического сопротивления и теплообмена в однофазном закрученном потоке при одностороннем нагреве / ТВТ, 2006, т.44, № 6, с.699−708.
  39. .С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. М.: Энергоатомизда., 1986. 472 с.
  40. Milora S.L., Combs S.K., Foster CIA. Nuclear Engineering and Design // Fusion. 1986,-№ 3,-P. 301.
  41. Koski J.A., Croessman C.D. ASME Paper. 1988. 88 — WA/NE — 3.
  42. Araki M., Ogawa M., Akiba M. Heat transfer in swirl tubes // Proc.2nd Specialist’s Workshop on high heat flux component cooling. Rome. 1992.
  43. Schlosser J. Heat transfer and tubes cooling // Proc 7th Nuclear thermal hydraulics, ANS Winter meeting. San Francisco. 1991. — P. 26.
  44. А.В. Экспериментальное исследование теплообмена и критических тепловых нагрузок при кипении в закрученном потоке недогретой воды при одностороннем нагреве. Дисс. .к.т.н. Москва. МЭИ. — 2000. — 208с.
  45. A.M., Комов А. Т., Токарев Ю. Н. Численное моделирование ламинарных закрученных потоков // Труды РНКТ 4. Т. 2. — С. 153 — 155.
  46. Lopina R.F., Bergles А.Е. 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.
  47. A.H. Варава, А. В. Дедов, E.M. Захаров, A.T. Комов, B.B. Ягов Исследование гидравлического сопротивления и теплообмена в однофазном закрученном потоке при одностороннем нагреве / ТВТ, 2006, т.44, № 6, с.699−708
  48. Ю.А., Климов А. И., МасловаИ.В., Предельные параметры для систем охлаждения, использующих кипение сильно недогретой воды // Теплоэнергетика. — 1985. —№ 12 С55−59
  49. A.T. Komov, A.N. Varava, A.V. Dedov, V.V. Yagov. Heat transfer regimes at subcooled water swirl flow. 3rd International Symposium on Two-Phase Flow Modelling and Experimentation, 22−24 September 2004. Pisa. Italy.
  50. Захаров E. M Экспериментальное исследование теплообмена и гидродинамики в закрученном потоке при одностороннем нагреве. Дисс. .к.т.н. Москва. МЭИ. 2006. — 130 с.
  51. С.С. Основы теории теплообмена // Изд. 5-ое перераб. и доп. М.: Атомиздат. 1979. 416 с.
  52. Особенности теплообмена в недогретом закрученном потоке / Дедов А. В., Варава А. Н., Комов А. Т., Ягов В. В. //Труды РНКТ-3, 2002, т.4, с.76−79. «
  53. Теория тепломассообмена. Учебник для вузов. Под редакцией А. И. Леонтьева. — М.: Высшая школа. 1979. 495 с.
  54. А.В., Варава А. Н., Комов А. Т., Ягов В. В. Особенности теплообмена в недогретом закрученном потоке // Труды РНКТ-3. 2002. — Т. 4. -С. 76 — 79.
  55. В. В. Пузин В.А. Сукомел JI.A. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении хладонов и высоких скоростях вынужденного движения // Теплоэнергетика. 1998. — № 3. — С. 11−19.
  56. И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям // М.: Машиностроение. — 1975.
  57. 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.
  58. А.А., Кузма-Кичта Ю.А., Комендантов А. С. и др. Интенсификация теплоотдачи в горизонтальном парогенерирующем канале // Химическое и нефтяное машиностроение. № 10. — 1993. — С. 17 — 19.
  59. Ю.А. Об универсальной модели кризиса кипения недогретой жидкости в каналах // ТВТ. 1996. Т34. № 1. С.52−56.
  60. О механизме кризиса теплообмена при кипении насыщенной и недогретой жидкости в трубах // Теплоэнергетика. — 1992. № 5. — С. 16 — 22.
  61. Celata G.P., Cumo M., Mariani A. Prediction of the critical heat flux in water subcooled flow boiling using a new mechanistic approach // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1999. — № 38. — P. 1457 — 1466.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?