Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
2. В накатанных трубах тепловой поток в большей степени зависит от расхода, чем в гладкой.
3. При малых недогревах, т. е. по мере приближения к состоянию насыщения жидкости, тепловой поток в накатанных 306
Рис. 10,1. Изменение температуры стенки гладкой и накатанных труб в процессе нестационарного охлаждения:
1 — гладкая труба; 2 — djD = 0,97; 3 — d/D — 0,95; (G = 0,168 кг/с; Т s — ~гж - 8,5 К; z = 26)
трубах заметно выше, чем в гладкой. Так, при г|? = 0,04, Re?K = = 106 и Z = 20 Во/Вогл = 4,13 для .трубы d/D — 0,97 и 5,4 для трубы d/D = 0,95 (Во и Вогл — безразмерные тепловые потоки
Во
fU)-f7(v) ____________________
п
о Q o' о* г*-- +20% ... \.
^S°8 О о _
/ / / / / Ж4Г“
-20%
70 9
д ю6Яеж
Во-10
?
16
1,8
ч \
\ \
''^Ч N 5 ¦ V
г Ч%
1 Г
Во
Вогл
5
Рис. 10.2. Зависимость безразмерного теплового потока от числа Re ж для трубы d/D = 0,97
в накатанной и гладкой трубах соответственно), Bo = nD2ql(]/4rG. Это по существу отношение тепловых потоков в пар, так как при -> 0 тепловой поток от стенки идет на образование и перегрев пара.
4. По мере увеличения степени недогрева эффект интенсификации уменьшается, т. е. Во/ВоГл падает с увеличением
Обработав опытные данные в виде критериальных зависимостей среднего по времени теплового потока от Z, и Иеж в исследованном диапазоне их изменения, авторы получили следу-щие зависимости для гладкой и накатанных труб при разбросе опытных точек ±20%.
Для гладкой трубы
Вогл = 8,4 ¦ 10
10 0,2
0 ОМ 0,08 0,0)2 0,16 0,20 у
Рис. 10.3. Сопоставление опытных данных по теплоотдаче в гладкой (штриховые линии) и накатанных (сплошные линии) трубам при Reж = 106 и z = 20:
1 — гладкая труба; 2 — djD — 0,97; 3 —
d/D = 0,95; 4 — djD = 0,97; 5 — d/D = 0,95
-0,2
X
Неж°’35х
0,06
+
1 + -
0,06
• +
0,06
(10.4)
где число Иеж взято по физическим параметрам жидкости на входе в трубу.
20*
307
Для трубы d/D — 0,97 и tID = 0,5
Во =4,8-10—3 (1 Н- 3,3г|з)[1 + 1,67 ехр(—0,5Z)]Re*°’25- (Ю.5)
Для трубы d/D = 0,95 и t/D = 0,5
Во = 6,1-10—3 (1 + 3,8я|>)[1 +0,37 ехр( — 0,2Z)]Re*°'25. (10.6)
Гидравлическое сопротивление для двухфазных потоков не исследовалось.
Увеличение коэффициента гидравлического сопротивления при движении однофазного жидкого потока (Tw < Ts) можно рассчитывать по уравнению [28]
100(lg Re — 4,6) (1 —d/D){’65
1 +
ID)0’3 25(1 —d/D)1-32
X
x exp
VID)
0 , 75
(10.7)
Формула (10.7) получена в диапазоне Re = 104 -г- 4 * 105.
Согласно рис. 10.3 и зависимостям (10.4) — (10.6) в исследованном диапазоне параметров безразмерный тепловой поток Во практически линейно растет с недогревом (за исключением малых значений для гладкой трубы). Следовательно, в рассматриваемых опытах в гладких и накатанных трубах имела место автомодельная область стержневого режима пленочного кипения, когда qw~qm = аЖ(Т8 — Тж).
Кривые зависимостей Во = f(ty) (рис. 10.3) для гладкой и накатанных труб параллельны, поэтому можно заключить, что интенсификация в автомодельной области достигается главным образом за счет турбулизации жидкого ядра, т. е. за счет увеличения qm. Можно ожидать, что в накатанных трубах для одинаковых значений Re® автомодельная область будет сохраняться при больших значениях 0, чем в гладких трубах.
В неавтомодельной области стержневого режима интенсификация теплоотдачи достигается за счет дополнительной турбулизации как жидкого ядра, так и пленки пара.
Таким образом, при использовании искусственных турбули-заторов в виде периодически расположенных кольцевых диафрагм небольшой высоты существенно интенсифицируется теплообмен при стержневом режиме пленочного кипения в трубах. Эффект интенсификации увеличивается по мере уменьшения недогрева жидкости и увеличения числа Рейнольдса. В исследованном диапазоне изменения режимных параметров получено повышение теплового потока до 5,4 раза при существенно меньшем увеличении коэффициента гидравлического сопротивления. При этом есть все основания предполагать, что рассмотренный метод позволит получить хорошие эффекты и в дисперсном режиме пленочного кипения.
I
Глава 11
МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПРЯМЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ПРИ ПЛЕНОЧНОМ КИПЕНИИ
Задача расчета нестационарного охлаждения трубопровода при пленочном кипении представляет собой сопряженную задачу «стенка — двухфазный поток», в которой совместно решаются уравнения теплопроводности для стенки и одномерные уравнения для пара и жидкости двухфазного потока. Для замыкания общей системы одномерных уравнений двухфазного потока (§ 7.2) необходимы эмпирические зависимости для тепловых потоков (qm Як, Qm), гидравлических сопротивлений (Tw, Тж) и паросодержа-ний (х, ф), которые находят экспериментально для каждого режима пленочного кипения. Следовательно, для расчета нестационарного охлаждения трубопровода криогенной жидкостью, когда от начала охлаждения до конца происходит смена режимов (снарядный, стержневой, переходное кипение, пузырьковый), необходимо располагать, помимо упомянутых эмпирических зависимостей, для каждого из режимов еще и данными об условиях смены режимов. В такой общей постановке эта задача в настоящее время не может быть решена из-за отсутствия всех необходимых экспериментальных данных о теплоотдаче, гидравлическом сопротивлении и условиях смены режимов.
