С Л Соловьев АВТОВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ КИПЕНИИ МОДЕЛЬ

С. Л. Соловьев АВТОВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ КИПЕНИИ. МОДЕЛЬ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ПОВТОРНОМ ЗАЛИВЕ. Выступление на НТС НИКИЭТ 13. 01. 2000 г.

Работа выполнена в соавторстве с Б. А. Габараевым, С. А. Ковалевым (ИВТ РАН), Ю. С. Молочниковым, С. В. Усатиковым (Краснодарский ГУ)

1. Равновесный тепловой поток

1. Равновесный тепловой поток

1. Равновесный тепловой поток qкр1 / qрав / qкр2 5 Рис. 1. К определению равновесного теплового потока S 1=S 2

2. Скорость распространения автоволн при кипении

2. Скорость распространения автоволн при кипении Рис. 2. Автоволновое движение при кипении на стержне 1 - qw>qрав 2 - qw

2. Скорость распространения автоволн при кипении

2. Скорость распространения автоволн при кипении Рис. 3. К определению скорости автоволны A=S 2 -S 1

2. Скорость распространения автоволн при кипении Жуков С. А. и др. Рис. 4. Опытные данные по скорости автоволны

3. Гистерезис теплоотдачи

3. Гистерезис теплоотдачи распространение пленочного режима Распространени е пузырькового режима Рис. 6. Гистерезис теплоотдачи при кипении метанола [7] (а) и расчет скорости автоволны (б); 1, 2 - верхняя и нижняя границы интервала равновесия; 3 - зависимость v(q) в случае распространения пленочного кипения; 4 - v(q) в случае распространения пузырькового кипения

3. Гистерезис теплоотдачи Рис. 5 Зависимость скорости автоволны на платиновой проволочке от силы тока (а) и «реконструкция» кривой кипения

3. Гистерезис теплоотдачи Жуков С. А. и др. Рис. 6. Схемы возможного гистерезиса теплоотдачи при кипении (а) и отвечающие им возможные кривые скорости v(q)

4. Эффект Томсона

4. Эффект Томсона где , k- коэффициент Томсона материала стержня

Жуков С. А. и др. 4. Эффект Томсона Рис. 9. Кривая кипения воды на платиновой проволоке и дополнительное тепловыделение Томсона (заштриховано) (а). Зона дополнительного тепловыделения на стержне А-В (б). Зависимость скорости автоволны от силы тока с учетом эффекта Томсона (в): 1, 2 - опытные данные , вода, платиновая проволока; 3, 4 - расчет по (8)

5. Ориентация температурного фронта в поле массовых сил

5. Ориентация температурного фронта в поле массовых сил Рис. 10. Схема распространения пленочного кипения по вертикальной проволоке: 1 - сверху вниз; 2 - снизу вверх; А- зона температурного фронта

5. Ориентация температурного фронта в поле массовых сил Рис. 11. Зависимость теплового потока от температурного напора, осредненных по всей длине проволоки (б) при распространении пленочного кипения сверху (1) и снизу (2)

пл ен оч н ы й пу зы рь ко вы й 5. Ориентация температурного фронта в поле массовых сил Рис. 12. Кривые кипения в случае распространения пленочного кипения сверху - 1 и снизу - 2 (а) и кривые скорости - v(q) (б).

6. Кипение в трубах 6. 1. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пузырьковыйпленочный)

6. 1. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пузырьковый-пленочный) а б с Рис. 13. Схема формирования равновесного режима кипения в трубе: а - профили температуры и теплового потока по длине трубы; б - возникновение кризиса теплоотдачи на выходе из трубы; в - равновесный режим кипения в трубе

6. 1. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пузырьковый-пленочный) Рис. 14. Результаты измерений критического и равновесного теплового потока при кипении воды в трубе [12]; d=8 мм; p=21, 6 МПа, w =2500 кг/(м 2 с); 1 - qкр1, II - qрав.

6. 1. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пузырьковый-пленочный) неизотермическ ая поверхность изотермическая поверхность Рис. 15. Кривые кипения при совпадении градиента температур и скорости потока (1) и на изотермической поверхности (2): P=10 МПа, RW=2000 кг/(м 2. с), Х=0. 27 0. 03;

6. 2. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пленочныйпузырьковый)

6. 1. Равновесие режимов кипения (сочетание режимов по ходу потока: пленочный-пузырьковый) Рис. 16. Схема опытного участка для исследования пленочного кипения в трубе: 1 - дополнительный подвод тепла на входе в опытный участок. 2 - зона пленочного кипения (а); кривые кипения с равномерным обогревом трубы (белые точки) и с дополнительным подводом тепла на входе (черные точки) (б)

6. 3. Захолаживание предварительно нагретого твэла

6. 3. Захолаживание предварительно нагретого твэла Рис. 17. Кривые кипения на фронтах захолаживания при различных P = 7 МПа; RW=1000 кг/(м 2. с); Xвх=0. 36; qw=(1. 45 0. 05) 106 1 - =650 К; 2 - =580 К; 3 - =560 К;

Рис. Кривые кипения на фронтах захолаживания при различных Хвх P= 7 МПа, RW = 1000 кг/(м 2 с) 1 - Хвх= 0. 07, 2 - Хвх= 0. 18, 3 - Хвх= 0. 34, 4 - Хвх = 0. 37

7. Z-образная кривая кипения 7. 1. Автоволновые процессы на поверхностях окисленных или покрытых защитной пленкой с плохой теплопроводностью

7. 1. Автоволновые процессы на поверхностях окисленных или покрытых защитной пленкой с плохой теплопроводностью Рис. 18. Кривые кипения фреона R-113 на поверхности горизонтальной трубки без покрытия 1 и с пленкой клея ВС-10 Т в форме q( w) 2 и q( m) 3, m 1 - m 2 - участок неоднозначности (а). Общий вид кривой кипения на поверхности с покрытием в координатах q( m) (б); DGсмена пузырькового кипения пленочным; ЕВсмена пленочного кипения пузырьковым; m- равновесный температурный напор; qрав равновесный тепловой поток.

7. 1. Автоволновые процессы на поверхностях окисленных или покрытых защитной пленкой с плохой теплопроводностью Рис. 19. Относительное положение профилей температуры m (x) и w(x): х - участок смены режимов кипения; на профиле m участку х отвечает температура m; m = w - неподвижная волна; qw>qрав m m 1 распространение пленочного режима (а); qw

7. 1. Автоволновые процессы на поверхностях окисленных или покрытых защитной пленкой с плохой теплопроводностью Рис. 20. Зависимость m* от qw; кипение фреона R-113 на пленке клея ВС-10 Т, =0, 3 мм (1) и на покрытии ср (2) Рис. 21. Зависимость скорости автоволны от qw для фреона - R 113; 1 - металл без покрытия, 2 пленка клея ВС-10 Т, =0, 3 мм; 3 - покрытие ср

7. 2. Автоволновые переходы на оребренном твэле

7. 2. Автоволновые переходы на оребренном твэле Рис. 22. Режимы кипения на твэле с продольными плоскими ребрами; 1 - пленочный режим; 2 - переходный; 3 пузырьковый (а); кривая кипения на поверхности плоского ребра qo( о) (б)

движение, действующие в сочетании с градиентом температуры на стенке или нестационарностью, кардинальным образом изменяют закономерности теплообмена в зоне прохождения фронта волны. Воздействие этих факторов столь существенно, что фактически мы имеем либо два закона теплоподвода, либо два закона теплоотвода (т. е. две кривые кипения). В случае появления двух кривых кипения или двух законов теплоподвода кривая скорости v(q) становится двузначной. 2. Показано, что имеет место анизотропия автоволнового движения, которая проявляется как двузначность кривой скорости v(q). Смена направления градиента температуры на греющей поверхности или направления скорости волны сопровождаются переходом с одной ветви кривой скорости на другую. Мерой необратимости автоволнового процесса может служить величина qан. 3. Проведенный анализ позволил установить, что поведение кривых кипения в трубах подчиняется обнаруженным общим закономерностям автоволновых переходов.