Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
^ 1,1. Переход от неавтомодельной области к автомодельной происходит плавно и с точностью ±30% во всем исследованном диапазоне параметров описывается формулой
Точка 9 О I х ? д <8>
Т\*/нач® К 300 Ч 50 J 500 700 800 950
Рис. 7.17. Зависимость относительного теплового потока от температурного напора при различных начальных температурах охлаждения стенки (р — 6 бар;
Q = 0,25 л/с; АТн = 17 К). В таблице даны условные обозначения
0* = 0,0115-
¦ф
0,5
1 +0,3ф+ 1,3ехр( —0,4ЧГ)
Re^
0 ,25
(7.85)
207
Попытка обобщить экспериментальные данные для стержневого режима кипения насыщенного водорода в коротких трубах предпринята Чи [94]. В работе предполагается: 1) стержневая модель течения — жидкое ядро и кольцевая пленка пара;
2) за счет испарения жидкости увеличивается уровень турбулентности в паровой пленке по сравнению с однофазным течением пара; 3) суммарный тепловой поток от стенки qw можно представить как сумму конвективного теплового потока qc и теплового потока на кипение q^o, который равен тепловому потоку на кипение в большом объеме
Qw = Qc + q Во, (7.86)
где
Чс = аа{Т„-Т,); Tj^0,5(Tw+Ts).
Коэффициент теплоотдачи рекомендуется определять по уравнению, полученному экспериментально для газообразного водорода при низких температурах и Tw/Ts = 1 — 3,86,
= 0,0205/_pMrf_\0-8 Рго 4 /(7.87)
/ \ М-п f / V ^ s J
где ри — среднерасходная массовая скорость.
Этот способ не может быть признан удовлетворительным в связи с тем, что не учитываются главные физические явления: изменения паросодержания с изменением температурного напора и координаты, увеличения скорости жидкой струи и т. д. Формальное введение в критерий Рейнольдса массовой скорости жидкости также физически не оправдано. Как правило, подобный способ обобщения дает удовлетворительные результаты лишь для конкретной серии опытных данных, применительно к которой подбирается эмпирическое уравнение. Поэтому экспериментальные данные по кипению в трубах [94, 99, 114], обобщенные в виде </во = qw — qc, где qc рассчитано по формулам (7.87), лишь качественно совпадают с данными для кипения в большом объеме [89].
Количественное расхождение вызвано помимо перечисленных факторов и тем, что при вынужденном течении теплоотдача при кипении в условиях экспериментов Чи [94 и 99, 114, 115] не зависит от ориентации канала в гравитационном поле, а при кипении в большом объеме зависит.
§ 7.5. СНАРЯДНЫЙ РЕЖИМ
Специфика снарядного режима состоит в том, что двухфазный поток движется по трубе в виде отдельных жидких «снарядов» (пробок), отделенных от стенки паровой пленкой и
208
разделенных между собой паровыми перемычками. Снарядный режим образуется из стержневого режима при распаде жидкой струи, что может происходить только при больших паросодер-жаниях. При нестационарном охлаждении трубопровода условия, благоприятные для возникновения снарядного режима, реализуются при больших температурных напорах и малых массовых скоростях, определяющих большое паросодержание.
Анализ результатов экспериментальных исследований этого режима позволяет заключить, что существуют два пути возникновения снарядного режима.
В первом случае возникновение снарядного режима обусловлено распадом жидкой струи под динамическим воздействием пара и капиллярных волн на поверхности струи. Чем больше скольжение фаз и поверхностное натяжение, тем раньше произойдет развал струи на «снаряды», при этом наиболее вероятный размер жидких снарядов примерно равен пяти калибрам жидкой струи, т. е. длине наиболее быстро растущей капиллярной волны. Возникновение снарядного режима за счет развития капиллярных волн на поверхности жидкой струи, как показали исследования авторов, не сопровождается динамическими пульсациями потока, т. е. расход и давление в участке остаются постоянными. Этот случай характерен для малых массовых скоростей, больших температурных напоров и давлений в сравнительно коротких трубопроводах без местных сопротивлений на выходе, т. е. при большом паросодержании и хороших условиях отвода пара из экспериментального участка.
Другой путь возникновения стержневого режима реализуется в результате инерционного разрыва жидкой струи при пульсациях расхода и давления, т. е. при существенной нестационарности процесса. Причиной динамической неустойчивости стержневого режима является большое паросодержание и затрудненный отвод пара. При попадании криогенной жидкости в «горячий» трубопровод сразу же возникает стержневой режим, при этом кипящая с поверхности и фронта жидкая струя с ускорением устремляется вперед. Для отвода увеличивающегося количества пара с учетом продвижения фронта жидкости необходимо повысить давление. Это давление за счет торможения жидкой струи может стать больше, чем давление в питательном баке. При этом расход падает вплоть до смены направления, недогрев струи возрастает и парообразование уменьшается. Для отвода пара теперь требуется меньший перепад давления, давление на фронте жидкости падает и процесс повторяется до тех пор, пока температурный напор не уменьшится до такой величины, когда образующееся количество пара сможет равномерно отводится из участка кипения.
