Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
106
температуру жидкого азота, обеспечивая независимое изменение недогрева и давления.
На установке можно было получить на входе в экспериментальные участки следующие параметры однофазного жидкого азота:
расход 0,1 —1,5 дм3/с; давление 2—21 бар; температуру 63—116 К; недогрев 2—52 К при изменении температуры стенки экспериментальных участков в процессе охлаждения от Tw0 = 1000 К до температуры жидкого азота.
Исследование проведено на шести экспериментальных участках, представляющих собой трубы диаметром 4—20 мм, длиной 16—100 калибров и толщиной стенки 0,6—5 мм из стали 1Х18Н9Т, меди и дюралюминия.
В процессе эксперимента регистрировали на осциллографах следующие параметры: расход жидкого азота, давление на входе в участок, переп'ад давления по длине участка, температуру жидкого азота на входе и выходе на оси трубы, температуру наружной стенки в десяти сечениях по длине участка, температуру стенок двух стальных теплозащитных экранов в трех сечениях по длине. Кроме того, производили фото- и киносъемку потока в визуальных стеклянных участках на выходе некоторых экспериментальных участков.
Перед началом опыта участок нагревали до начальной температуры около 1000 К, пропуская по нему переменный ток низкого напряжения. После этого ток отключали и открывали отсечной кран подачи жидкого азота. В связи с тем, что тепловой поток в стержневом режиме пленочного кипения убывает по длине трубы, начальные сечения экспериментального участка охлаждали быстрее. Поэтому переход от стержневого режима пленочного кипения к переходному и далее к пузырьковому наступал всегда в начале экспериментального участка и со временем перемещался к выходу. Таким образом, в начале охлаждения на всем участке было пленочное кипение, но по мере продвижения фронта кризиса пленочного кипения г$ вниз по потоку участок, занятый пленочным кипением, сокращался.
Первичная обработка опытных данных (расчет теплового потока от стенки и температура внутренней стенки) велась по методике, изложенной в гл. 3. Положение фронта кризиса пленочного кипения 2ф определяли по температуре внутренней стенки в данный момент времени, а текущую координату рассматриваемого сечения отсчитывали от начала участка пленочного кипения 2ф.
Гидравлическое сопротивление на участке пленочного кипения Арпл вычисляли как разность между измеренным перепадом давления Аризм с учетом веса столба жидкости А/?ст и рас-
197
считанным падением давления Л/?Жуч на участке от верхнего отбора давления до начала пленочного кипения
^Рпл ~ ^Ризм ^Рст ^Рж УЧУ
где
^Рж уч
2
Рж^жО
d
(/ — расстояние от верхнего отбора давления до начала теплообменного участка).
Максимальная расчетная погрешность определения безразмерного теплового потока St составляла ±37% при самых неблагоприятных сочетаниях режимных параметров: малые недо-гревы АТ = 2К, малые температурные напоры Tw—Ts ^ 70К, низкие значения тепловых потоков при малых расходах и в конце стержневого режима, когда графическое дифференцирование осциллограмм дает погрешность более 15%. Максимальный разброс опытных точек по теплоотдаче не превышал ±22%. Максимальная расчетная погрешность определения гидравлического сопротивления ±22% при максимальных расходах 1,5 дм3/с и ±57% при расходе 0,5 дм3/с, при этом максимальный разброс
пВш
1000
500
\ ж \ ж \ ^ \ \ \ 4Z 60 / /
V\ \ \ N. ч \ 7/ 4
60 ..... __ L
1000
500
0,
10
Z0
30
¦7 С
0,5
0
W
2D
______!___
30
trc
Рис. 7.7. Типичное изменение температуры стенки (сплошные линии), теплового потока (штриховая линия) и расхода жидкого азота при нестационарном охлаждении трубопровода
опытных точек не превышал ±30% во всем исследованном диапазоне расходов.
Типичное изменение в различных сечениях температуры стенки, теплового потока и расхода азота в функции времени и температурного напора показаны на рис. 7.7 и 7.8. Из этих графиков следует, что в начальный период охлаждения при боль-198
о юо гоо зоо т ш т 7оо ж tw-t5tk
* с 0,5 0 -05 1 1
w ,\ЛДлЛ
У VV I |Д/Ъ 1 v itv {/
15 10 5,0 10 Г, с
О)
Точка о X А
лТн б К 33,8 22,1 12,7
Рис. 7.8. Типичное изменение теплового потока (а) при различных недогре-вах азота на входе и расхода (б) от температурного напора или времени нестационарного охлаждения (АТн = 22,7 К):
/ — граница между автомодельной и неавтомодельной областями; 2 — граница снарядного режима. В таблице даны условные обозначения
Точка • о д
р 6 5ар 6 12 21
Рис. 7.9. Зависимость теплового потока в жидкую струю от недогрева жидкости (z/d = 22):
/ — = 7,6 м/с; 2 — и~. = 3,3 м/с. В
А Ж
таблице даны условные обозначения
Точка • о X
Tw-TsOK 90 \ 130 180 j
Рис. 7.10. Зависимость теплового потока в жидкую струю от скорости жидкости (z/d — 22, р = 6 бар):
1 — АТН =11 К; 2 — АТИ =- 17 К. В таблице даны условные обозначения
199
ших температурных напорах расход сильно пульсирует. Это область снарядного режима пленочного кипения, которая подробно рассмотрена в § 7.5. При уменьшении температурного напора количество образующегося пара уменьшается, он отводится из участка равномерно, и наступает стержневой режим
