Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
215
температурного напора Tw— Ts. Результаты обобщения опытных данных приведены на рис. 7.21. Оценка величины теплового потока в жидкость по формуле (7.76) и сопоставление qm с величиной суммарного теплового потока qw показали, что в снарядном режиме qm составляет 2—8% от qw. Таким образом, при температурных напорах, соответствующих снарядному режиму, даже при больших массовых скоростях жидкости тепловые потоки на испарение и перегрев пара настолько велики, что qm несоизмеримо мало по сравнению с ними.
Опытные точки не расслаиваются ни по температурному фактору, ни по дТгс/дт, т. е. влияние температурного фактора и
10 Z- Stn
Точка О X Д
Тж-Т3 в К <10 10-20 >20
Рис. 7.21. Зависимость безразмерного теплового потока от числа Рейнольдса в снарядном режиме (zjd = 60).
В таблице даны условные обозначения
температурной нестационарности в пределах точности опытных данных не обнаружено. Это можно объяснить тем, что в снарядном режиме имеет место значительная выработка турбулентности на границе раздела фаз, обусловленная колебаниями границы раздела и большими величинами скольжения, а также дополнительная выработка турбулентности за счет пульсаций расхода и перемежаемости течения. Эта выработка турбулентности существенно преобладает над выработкой турбулентности у стенки, что уменьшает влияние температурного фактора и скорости изменения температуры стенки на теплоотдачу от стенки к пару.
Результаты экспериментов в снарядном режиме пленочного кипения обобщены эмпирическим уравнением с разбросом ±30%
St* = 39 Re^
-0,75
1 + 0,25 ехр( — 0,05-j
(7.105)
216
Формула (7.105) получена в следующих диапазонах параметров: Ren = 104ч-5-106; z/d ^ 100; 0 = 2 ч- 9. В силу упомянутых ограничений при обобщении опытных данных эта формула может использоваться в других условиях лишь для оценочных расчетов и качественного анализа.
Граница по температурному напору 02 между снарядным и стержневым режимами пленочного кипения с точностью ±25% обобщается зависимостью
02 = 4,7¦ 10~~4 (1 + -°’052-Л Re*”’65, (7.106)
\ Рп/ Рж /
справедливой при Ren = 5104 — 106; 0 = 2-:- 9; z/d ^ 100; р = 0,012 ч- 0,12. Численное значение коэффициентов в уравнении (7.106) верно лишь для экспериментальной установки, на которой получена эта формула. Значение их, как уже отмечалось, определяется гидродинамикой конкретной магистрали, тогда как структурный вид уравнения (7.106) достаточно общий. Результаты решения уравнения (7.106) с опытными данными сопоставлены на рис. 7.22.
Проанализировав снарядный режим пленочного кипения, можно сделать следующие выводы.
Существует два пути возникновения снарядного режима: развал жидкой струи под действием роста капиллярных волн и инерционных сил. Этим объясняются различия в механизмах протекания стержневого режима. В первом случае — устойчивое перемежающееся течение, во втором — неустойчивое с большими пульсациями расхода и давления. В настоящее время различные условия возникновения и протекания снарядного режима главным образом с количественной стороны изучены недостаточно.
Теоретический анализ снарядного режима в рамках допущения о квазистационарности процесса дает положительные результаты только для случая динамически устойчивого снарядного режима. Расчет в условиях сильной нестационарности потока и всего процесса охлаждения необходимо выполнять, используя систему одномерных уравнений (§ 7.2), включая нестационарные члены. Но для этого необходимо располагать надежными экспериментальными данными о тепловом потоке, касательном напряжении, паросодержании, коэффициенте перемежаемости, условиях возникновения снарядного режима.
217
Экспериментальные данные о тепловом потоке (7.105), коэф-( фициенте перемежаемости (7.91), границе существований снарядного режима (7.106) существенным образом зависят of условий проведения эксперимента и конструкции установки. Ими можно пользоваться лишь в первом приближении для оценки динамики нестационарного охлаждения трубопровода. Для получения надежных зависимостей в снарядном режиме пленочного кипения, позволяющих замкнуть исходную систему
иШ г
1
0,5 7 2 ? Re*-10~5
Точка m X л о
р 6 бао f . 2 6 11 11
Рис. 7.22. Зависимость температурного напора, соответствующего переходу снарядного режима в стержневой, от числа Рейнольдса. В таблице даны условные обозначения
одномерных уравнений и рассчитать нестационарное охлаждение трубопровода как сопряженную задачу «стенка — поток», необходимо провести обширную программу теоретических и экспериментальных исследований. Эта программа должна включать, в частности, систематизированное изучение гидродинамики исследуемых систем (например, местных сопротивлений) и обобщение опытных данных на основе замкнутой системы одномерных уравнений. При этом основное внимание необходимо уделить изучению условий и механизмов возникновения снарядного режима.
§ 7.6. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИСПЕРСНОГО РЕЖИМА
Этот режим пленочного кипения представляет собой двухфазный поток, в котором жидкая фаза движется в виде отдельных капель в потоке перегретого пара. Дисперсный режим образуется из стержневого или снарядного в результате дина-
