Исследование теплопереноса в перспективных теплоносителях при мощном тепловом воздействии

• Автор: Рютин, Сергей Борисович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Изучение теплообмена в перспективных теплоносителях

1.1. Основные понятия и определения

1.2. Особенности теплообмена в напофлюидах

1.3. Особенности теплообмена в сверхкритических флтоидах

1.3.1. Сверхкритический флюид

1.3.2. Теплообмен в сверхкритических флюидах

1.4. Постановка задачиисследования

ГЛАВА 2. Метод управления мощностью нагревателя и устройство его осуществления

2.1. Метод управляемого импульсного нагрева зонда
2.2. Методические детали
2.3. Блок-схема и принципиальная схема установки
2.4. Система регистрации
2.5. Методика проведения опытов
2.6. Погрешности измерений
ГЛАВА 3. Опыты с нанофлюидами
3.1. Исходные нано материалы и нанофлюиды приготовленные на их
основе

3.2. Особенности применения методики сопоставления теплового сопротивления нанофлюидов
3.3. Результаты опытов с системами іРгОН/А12Оз, ІРгОН/У52, этиленгликоль/А12Оз
3.4. Обсуждение результатов
ГЛАВА 4. Опыты со сверхкритическими флюидами
4.1. Опыты с органическими жидкостями - изопропанол, ацетон, малоноводиэтиловый эфир
4.2. Обсуждение результатов опытов на органических жидкостях
4.3 Опыты с водой. Сравнение результатов опыта и компьютерного эксперимента для изобары 23 МПа
4.4 обсуждение результатов опытов с водой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СПИСОК ЛИИТЕРАТУРЫ

Введение
Изучение закономерностей теплопереноса в перспективных теплоносителях при мощном локальном тепловом воздействии является актуальной задачей теплофизики, являясь частью более широкой проблемы поиска средств интенсификации теплообмена для нужд теплоэнергетики [1]. Уникальные свойства нанофлюидов (далее - НФ) и сверхкритических флюидов (далее - СКФ) позволяют рассматривать их в качестве перспективных теплоносителей в теплоэнергетике. Тем не менее, в силу структурной неоднородности таких сред и недостаточной изученности процессов тепломассопереноса в них, остается множество нерешенных вопросов, в том числе фундаментального плана, которые являются серьезным препятствием для применения НФ и СКФ именно в качестве теплоносителя. Также остро ощущается дефицит экспериментальных подходов для изучения таких объектов, в частности, остался совершенно неизученным важный предельный случай практически кондуктивпого теплопереноса.
Термин «нанофлюид» был предложен в 1995 году профессором Чоу (S.U.S. Choi) из США. Практически сразу нанофлюидам была отведена роль «движущей силы» технологического прорыва в связи с ожидаемым значительным улучшением (“dramatic improvements” [2]) их тепловой проводимости по отношению к базовой среде. В настоящее время массив данных по тепловой проводимости наиофлюидов представляет собой довольно пеструю картину [2,3]. Приводятся данные как об аномальном повышении эффективной теплопроводности (“anomalous enhancement”) [2-4] так и об отсутствии эффекта, отличного от аддитивных схем [4, 5]. Ситуация с температурной зависимостью эффективной теплопроводности нанофлюидов также остается неясной [2-6].
Анализ опытных данных для нанофлюидов позволил сформулировать два вывода:
- во-первых, наша практика показала, что результаты опытов чувствительны к возмущающему действию факторов, присущих именно нанофлюидам. В частности, результата могут нести отпечаток седиментационной неустойчивости системы и склонности наночастиц к взаимодействию друг с

направление в механике сплошных сред, которое представляет как фундаментальный, так и практический интерес».
Приведем несколько отрывков из работы [53]:
• В конце 80-х и 90-х годах в США и странах Европы выполнены обширные программы экспериментов со средами вблизи критического состояния в космическом полете, целью которых было определение физико-химических свойств веществ в этих условиях при существенном уменьшении влияния силы тяжести. Однако, ввиду высокой гравитациотгой чувствительности околокритических сред и проявления негравитационных эффектов, в этих экспериментах наблюдались эффекты течения и теплообмена, для описания которых теоретических знаний было недостаточно.
® Уникальные свойства жидкой (газовой) среды, связанные с особенностями
ее структуры около критической точки, инициируют стремление к измерениям при приближении к пей. Однако в земных условиях этому препятствует значительное влияние сжимаемости (гравитационный эффект) и конвекции.
• В космических экспериментах на станции МИР па французской установке ALICE-1 наблюдались иеожидашпле эффекты, свидетельствовавшие о наличии остаточных конвективных течений или волновых процессов негравигационного типа, которые Tie объясняются на основе традиционных моделей конвекции в предположении состояния невесомости.
• Заметим, что в литературе по теоретической физике и термодинамике околокритических явлений изучение конвективных и волновых процессов к моменту' постановки первых экспериментов в условиях микрогравитации занимало довольно скромное место. Вместе с тем, в энергетике России и за рубежом в 70-х годах осваивалось применение парогенераторов на сверхкритических параметрах, чему предшествовали исследования термодинамики, теплофизических свойств, теоретические и экспериментальные исследования теплообмена в сверхкритическом состоянии, и это направление по-прежнему актуально. Однако, диапазон рабочих параметров, определяющих конвективный теплообмен, здесь на несколько порядков отличается от