Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Как показано в работе [101], колебания поверхности раздела фаз, особенно низкочастотные, соизмеримые по амплитуде с толщиной пленки, оказывают влияние на теплоотдачу даже в далекой от кризиса области развитого пленочного кипения. В этой области Ггр > Гпр, но все же близкий подход гребня к стенке и особенно мгновенные касания ее со взрывообразным вскипанием вызывают существенные колебания температуры стенки и теплового потока. При наличии крупных волн на поверхности раздела фаз средняя теплоотдача возрастает, но этот рост мало зависит от изменения Tw — Ts.
Когда коэффициент температуропроводности а материала стенки низкий, локальные падения температуры стенки, вызванные касанием ее гребней волн, медленно восстанавливаются.
292
Поэтому при повторном касании, если оно произойдет до восстановления локальной температуры, Ггр может оказаться меньше 7пР. Следовательно, на материалах с малым коэффициентом температуропроводности возможно наступление кризиса пленочного кипения даже тогда, когда при первом касании Ггр > Гпр, но при повторных Ттр < ГПР.
Если предположим, что ГкрП ~ TwQ есть такая температура стенки, при которой в месте контакта ее с жидкостью Тт1> = Гпр, то из уравнения (8.31) получим
В общем случае в уравнение (9.18) могут входить также параметры, характеризующие гидродинамическую вероятность контакта, его размерь* и продолжительность. К ним относятся угол смачивания 0 и безразмерные комплексы, содержащие
и шероховатость.
Если в каком-либо конкретном случае нет уверенности в том, что поверхность раздела фаз заведомо будет неустойчива, то уравнение (9.18) должно быть дополнено уравнением для определения условий наступления ее гидродинамической неустойчивости.
Термодинамический кризис пленочного кипения в большом объеме и при вынужденном течении в каналах экспериментально исследован авторами на криогенных жидкостях [124].
Основная специфика этих жидкостей состоит в том, что они имеют угол смачивания, близкий к нулю для всех исследованных поверхностей.
Эксперименты проводили в нестационарных условиях захо-лаживания образцов. В опытах с большим объемом образцы
т Т г
1 кр II s 1 пр
Т к ТжО
Тир Ts + (Тs Тжр) у TK-TS
где Гк — критическая температура жидкости. Так как
структурный вид искомой зависимости для Гкрп будет
_^крЦ — Ts г Г (РСА)ж .
тк Тж0 _ (рсЛ)ц,
Р . Ts Тжо
(9.18)
293
(вертикально расположенные трубки разных размеров и из различных материалов при омывании либо снаружи, либо изнутри) помещали в насыщенную или недогретую жидкость и охлаждали от комнатной температуры до температуры жидкости (азот, кислород, фреон-13, фреон-22, фреон-12). Охлаждение начиналось в режиме пленочного кипения и заканчивалось, когда прекращалось пузырьковое кипение.
В опытах с вынужденной конвекцией трубки и кольцевые каналы разных размеров и из различных материалов охлаждали пропусканием по ним жидкого азота.
Влияние различной скорости охлаждения на Гкрп в пределах точности опытов не обнаружено.
Авторы исследовали влияние на Ткрц шероховатости поверхности, эквивалентного диаметра канала йэ, расстояния от нача-
z р
ла опытного участка —, давления ~¦— > недогрева жидкости
Рк
J __Y
—-----— , теплофизических свойств, толщины стенки 6W и тол-
Тк Т s
щины покрытия металлической стенки низкотеплопроводным материалом (фторопласт-3).
Результаты исследования показали:
1. Гкри не зависит от zjdэ, что вполне согласуется с рассмотренной моделью кризиса.
2. В большом объеме и при вынужденной конвекции для о?э < 4 -г- 5 наблюдается заметный рост ГкрП. Это связано с изменением характера гидродинамической неустойчивости. Когда й?э становится соизмеримым со значением капиллярной постоян-
ной жидкости 1/ ------------ , появляются колебания и биения
У ?(рж —Рп)
о стенку всей жидкой струи. Биения могут приводить к заметному увеличению qw даже тогда, когда касания сопровождаются взрывообразным вскипанием и нет контакта жидкости со стенкой. Это, по-видимому, фиктивный кризис пленочного кипения, связанный со спецификой его определения, как температуры стенки Гкрн, при которой qw = qmiXi или начинает расти qw после участка qw = const (при убывании Тгс). Реальный кризис, связанный с возникновением хотя бы локальных участков с пузырьковым кипением, наступает при более низкой температуре Tw, соответствующей Ггр ^ Гпр.
3. Шероховатость при ее изменении от грубой обработки (у 1 ) до полировки ( у 14) не оказала влияния на Гкрц, по-ви-димому, вследствие того, что криогенные жидкости имеют нулевой угол смачивания. Они полностью заполняют все углубления и исключают появление дополнительных центров парообразования. Это согласуется с данными опытов [82], в которых при кипении н-пентана (0 = 10°) максимальное значение Гкр1 достигалось на полированной поверхности, а введение в жид-
294
Koctb веществ, снижающих 0 до 0°, повышало ГКР1 на шероховатой поверхности до значений Гкр1 на полированной.
4. Изменение скорости течения жидкости в каналах почти на порядок (для трубы d = 10 мм от 2 до 15 м/с, для кольцевого канала dB = 10 мм от 0,7 до 4 м/с) не сказалось в пределах точности опытов на значениях Гкрц. По-видимому, вероятность и характер контактов жидкости со стенкой мало зависят от скорости или числа Рейнольдса жидкого ядра.
