Теплообмен и гидродинамика при конденсации пара в зернистых слоях с различным контактным углом смачивания

• Автор: Богомолов, Александр Романович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 290 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ГИДРОДИНАМИКЕ И ПРОЦЕССАМ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ЗЕРНИСТЫХ СРЕДАХ
1.1. Область применения зернистых сред с различным смачиванием в технике и природе. Геоме грические характеристики монодисперсного слоя сферических частиц
1.2. Закономерности однофазного и пленочного движения жидкости в зернистых средах
1.3. Пленочная конденсация пара на внешней поверхности
1.4. Интенсификация теплообмена при пленочной конденсации пара на внешней поверхности
1.5. Экспериментальные и теоретические исследования пленочной конденсации пара на поверхностях, упакованных в зернистую среду
Выводы. Постановка задач исследования ГЛАВА 2. ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В СЛОЕ СФЕРИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ И ФАЗОВОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ НА ВНЕШНЕЙ ОХЛАЖДАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Гидродинамические исследования
2.2. Исследования теплообмена при фазовом превращении
2.3. Модифицирование стеклянных поверхностей
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРОДИНАМИКИ ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ НА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕ В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ С РАЗЛИЧНЫМ КОНТАКТНЫМ УГЛОМ СМАЧИВАНИЯ
3.1. Гидрофобизация стеклянной поверхности шариков
3.2. Конденсация водяного пара на вертикальной трубе
3.3. Пленочное обтекание сферы на вертикальной пластине
3.4. Течение жидкости на вертикальной трубе в зернистом слое
3.5. Течение жидкости на вертикальной пластине в зернистом слое
3.6. Гидродинамика пленочного течения жидкости в регулярной укладке шаров
3.7. Моделирование течения жидкости через кольцевой канал из сферических Частиц
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ
КОНДЕНСАЦИИ В УЗКИХ ЩЕЛЯХ И НА ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕ В
ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ
4.1. Теплообмен при конденсации в щели с проскальзыванием пленки жидкости
на боковых стенках
4.2. Теплообмен при конденсации на вертикальной трубе, помещенной в
зернистый слой с различным контактным углом смачивания
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРОДИНАМИКИ ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБЕ В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ С РАЗЛИЧНЫМ КОНТАКТНЫМ УГЛОМ СМАЧИВАНИЯ
5.1. Конденсация водяного пара на горизонтальной трубе
5.2. Гидродинамика на горизонтальной трубе в зернистом слое
5.3. Гидродинамика в плоском канале со сферическими частицами
ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ПЛЕНОЧНОЙ КОНДЕНСАЦИИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ГЛАДКОЙ ТРУБЕ И ТРУБЕ В ЗЕРНИСТОМ СЛОЕ
6.1. Теплообмен при конденсации на горизонтальной трубе, помещенной в зернистый слой
6.2. Теплообмен и течение конденсата на поверхности гладкого горизонтального цилиндра
ГЛАВА 7. КОНДЕНСАЦИЯ НА НАКЛОННЫХ ТРУБАХ
7.1. Пленочная конденсация пара на наклонных гладких трубах
7.2. Конденсация пара на наклонных трубах в гидрофильном зернистом слое
ВЫВОДЫ
Условные обозначения
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Закономерности переноса тепла и массы в насыщенных паром пористых средах и зернистых слоях при фазовых превращениях представляют значительный интерес для специалистов различных отраслей знания и техники ввиду своих многочисленных приложений. „
Одним из примеров может служить способ интенсификации тепловой добычи нефти, связанный с закачкой водяного пара в нефтяной пласт (пористые структуры, образованные естественным путем). Важной характеристикой, определяющей взаимодействие углеводородной и водной жидкостей между собой и с пористой средой, является угол смачивания 0. Двухфазность фильтрующейся жидкости может приводить к увеличению неподвижной массы по сравнению с однофазной фильтрацией. При этом, чем больше поверхностное натяжение между жидкостями, тем сильнее проявляется запирание.
В ряде производств получило широкое распространение использование искусственно созданных зернистых и пористых сред для интенсификации различных процессов переноса тепла и массы. Экспериментальные исследования при конденсации пара на поверхностях, плотно соприкасающихся с зернистым слоем, показывают как значительную интенсификацию по сравнению с гладкой трубой, так и снижение ее. Перспективы применения зернистых слоев в качестве интенсифицирующего фактора связываются: 1) с гидродинамикой сконденсированной фазы при пленочном течении на охлаждаемой поверхности в норовых пристенных каналах для случая «тонких» пленок; 2) с закономерностями фильтрационного течения в случае «толстых» пленок; 3) с закономерностями двухфазного течения, характеризуемого соотношением сил поверхностного натяжения и массовых сил в отсутствие перепада давления. Для первого и третьего случая контактный угол смачивания на поверхности элементов зернистого слоя может оказывать существенное влияние на процессы переноса.
Разработка новых источников энергии, таких как бинарные циклы в геотермальных и океанских тепловых установках и системах использования

Рис. 1.4.3. Схематическое изображение поверхности с двойной волнистостью
(размеры в мм) [47]
Линхард (J.H. Lienhard) и Дир (V.K. Dhir) [49] рассмотрели конденсацию на поверхности ребер различной конфигурации. Авторы показали, что эффективность хорошо спроектированного ребра составляет около 40-50 %, т.е. эффективность ребер низкая. Уэбб [50, 53] привел общую теорию рифленой поверхности конденсации, предложенной Грего-ригом. Карху и Боровков [28] аналитически и экспериментально исследовали теплообмен при пленочной конденсации неподвижного пара воды и фреона 113 на горизонтальных трубах с поперечными кольцевыми ребрами трапецеидальной формы. В отличие от работы [27], здесь авторы пренебрегли условиями смачивания, поэтому получили при анализе несколько иные результаты. Мори (Y. Mori) и др. [58] определяли оптимальную геометрию поверхности вертикальных конденсационных труб. Результаты расчета проверялись на хладоне R113. Численным методом определены оптимальные формы и шаг ребер, а также расстояние между поперечными дисками. Изучавшаяся в данной работе труба показана на рис. 1.4.4. Круглые диски предназначены для удаления стекающего сверху вниз конденсата и создания чистых конденсационных поверхностей (без слоя конденсата) под дисками. В работе [58]
ная труба [58]