Экспериментальное исследование теплопередачи в многослойных системах

• Автор: Макеев, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 24 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Функционирование современных энергонапряженных устройств и узлов с высокой концентрацией энергии неразрывно связано с применением многоэлементных теплопередающих систем. Конструктивно эти системы выполняются в виде набора тонкостенных металлических оболочек из разнородных тугоплавких металлов, разделенных жидкостными и газовыми прослойками, вакуумированными паросодержащими зазорами, включая жаростойкую керамику. Примерами таких многослойных систем теплосброса служат камеры сгорания и теплозащитные оболочки, твэлы и бланкеты устройств формирования высокотемпературной плазмы. В разработках термоэмиссионных твэлов особую актуальность приобретают составные структуры с регулируемой теплопередачей, где оптимальный температурный режим поддерживается изменением состава и давления газов, заполняющих межо-болочечные зазоры, а надежность теплоотвода жидкостями связана с гидродинамической устойчивостью течения двухфазных потоков в узких кольцевых каналах. Ресурсные испытания твэлов ядерных реакторов в составе многоэлементных теплопередающих систем, например, в разработках энергетической установки 11Б97 для орбитального комплекса «Геркулес» инициировали постановку комплекса фундаментальных НИР, связанных с экспериментальными исследованиями причин ресурсной нестабильности термических сопротивлений систем теплосброса при плотности тепловых потоков до 100-150 Вт/см2.
Основное содержание обобщаемых в докладе работ нацелено на экспериментальное выявление эффектов, приводящих к ресурсной неустойчивости теплопередачи в системе газозаполненных оболочек (ГЗО), включая тонкие водокольцевые зазоры, выполненных в рамках государственных пробами важнейших ФНИР «Фасон-РВО», «Формация-МВО» и «Фаул-УН», в горых участвовал Томский политехнический институт.
Научная новизна.
1) Разработаны и апробированы экспериментальные методики, моде-яярующие термическую ситуацию в ГЗО. 2) Установлено, что перенос мас->■1 в оболочках ГЗО с различными средами при высоких температурах характеризуется близкими количественными показателями и отличается толь-11' члавом продуктов взаимодействия. 3) Получены новые данные, дополняющие исследования других авторов по термическим сопротивлениям газовых зазоров при изменении парциального давления компонентов. 4) Выявлены области устойчивости потоков в тонких водокольцевых зазорах по условиям возникновения ухудшенного теплообмена. 5) Подтверждено, что термические процессы, изменяющие структурную однородность материала оболочки, влияют на термическое сопротивление.
Теоретическая значимость.
1) Термовакуумные исследования на образцах вольфрама подтверждают гипотезу о диффузионном переносе пор и выбросе газов. Установлен нелинейный характер массопереноса вольфрама в присутствии паров воды при давлении 0-0,01 мм рт. ст. и температуре 2600° С. 2) Выявлены границы области давления, в которой имеет место неустойчивость термического сопротивления инертных газов (Не, Аг) в ГЗО, объясняемые сорбционным влиянием материала оболочки. 3) Предложена обобщающая зависимость для критического теплового потока в тонких водокольцевых зазорах. 4) Предложена гипотеза о влиянии структурной неоднородности материала оболочки на ресурсное изменение термического сопротивления
Практическая значимость.
1) Предложены методические приемы использования разреженных газов в системах регулирования температуры в ГЗО, позволяющие избежать влияние гистерезисных эффектов. 2) Применительно к тонким водокольцевым зазорам установлены значения массовых скоростей и пульсации давления в момент, предшествующий режиму ухудшенного теплообмена, и разработаны мероприятия по повышению устойчивости теплообменной системы, реализованные в аппаратах форсированного теплообмена. 3) Разработаны условия кондиционирования материала оболочки, обеспечивающие стабилизацию термического сопротивления. 4) Учет влияния факторов неустойчивости теплообмена в энергонапряженных оболочечных элементах апробирован в практике проектирования теплообменных аппаратов современной техники. 5) Разработаны конструкции, технология изготовления, испытаны головные образцы установок аварийного резервирования теплоснабжения, мобильных генераторов технологического пара, парогенераторов импульсного действия.