Исследование процессов переноса в паровых пленках, образующихся при взаимодействии нагретых тел с криогенными жидкостями

• Автор: Биглари Моджтаба
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

Актуальность темы

Цель и задачи работы

Научная новизна

Автор выносит на защиту

Практическая ценность

Достоверность полученных результатов

Апробация работы

Публикации

Структура диссертационной работы

ГЛАВА 1 — ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1Л. Состояние проблемы об исследованиях эволюции паровых пленок на шаровых
(сферических) нагревателях
1.2. Экспериментальные исследования взаимодействия горячих объектов с
жидкостями
ГЛАВА 2 — ОБЩЕЕ РАССМОТРЕНИЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
2.1. Физическая модель процесса
2.2. Основные уравнения, описывающие эволюцию паровой пленки
2.2.1. Определение движения межфазной поверхности пар-жидкость
2.2.2. Неравновесные эффекты на межфазной поверхности
2.2.3. Влияние изменения температуры межфазной поверхности пар-жидкость
2.2.4. Теплообмен через пленку, пара
2.2.5. Перенос энергии в жидкости
2.2.6. Итоговая система уравнений, описывающих эволюцию паровой пленки
2.3. Методы решения системы уравнений, описывающих движение межфазной
поверхности и перенос энергии в жидкости
2.3.1. Решение уравнения движения межфазной поверхности
2.3.2. Анализ погрешности
2.3.3. Численное решение параболического уравнения теплопроводности
2.3.4. Алгоритм решения
2.3.5. Точность вычисления
ГЛАВА 3 — СВЕРХТЕКУЧИЙ ГЕЛИЙ
3.1. Кипение сверхтекучего гелия

3.2 . Эволюция паровой пленки на поверхности горячего шара, погруженного в сверхтекучий гелий
3.3. Результаты решения и их обсуждение
3.3.1. Исследование влияния начальной толщины пленки пара
3.3.2. Исследование влияния глубины погружения
3.3.3. Исследование влияния размера горячего шара
3.3.4. Исследование влияния начальной температуры металлического шара на частоту колебания
3.4. Реализация режима без колебаний при постоянной тепловой нагрузке
ГЛАВА 4 — ЖИДКИЙ МЕТАН
4.1. Постановка задачи
4.1.1. Описание движения межфазной поверхности пар-жидкость
4.1.2. Теплообмен в пленке пара
4.1.3. Теплообмен в жидком метане
4.1.4. Анализ процесса замерзания
4.1.5. Движение (падение) капли воды в жидком метане
4.2. Система уравнений, описывающих движение межфазной поверхности и теплообмен в жидкости
4.3. Решение системы уравнений и анализ полученных результатов
4.3.1. Исследование влияния глубины погружения капли воды
4.3.2. Исследование влияния начальной толщины пленки пара
4.3.3. Исследование влияния размера капли воды
4.3.4. Исследование влияния температуры кати воды
4.3.5. Влияние начального давления пара в пленке
4.4. Сравнение с экспериментальными данными
ГЛАВА 5 — УСТОЙЧИВОСТЬ СТАЦИОНАРНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОБ ОПРЕДЕЛЕНИИ ТОЛЩИНЫ ПАРОВОЙ ПЛЕНКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ГОРЯЧЕГО ШАРА, ПОГРУЖЕННОГО В СВЕРХТЕКУЧИЙ ГЕЛИЙ
5.1. Постановка задачи и метод решения
5.2. Основные уравнения и их приведение к безразмерному виду
5.2.1. Приведение уравнения Рэлея к безразмерному виду
5.2.2. Приведение кинетического соотношения к безразмерному виду
5.3. Результаты и их анализ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОБОЗНАЧЕНИЯ
р — давление, Па;
Г — температура, К;
р — плотность жидкости, кг/м3;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
су — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
Л — текущий радиус паровой полости, м;
Л = —г ускорение межфазной границы, м/с2;
Л = ^— скорость движения межфазной границы, м/с;
/?ц — индивидуальная газовая постоянная, Дж/кг-К; Гу, — радиус шара, м;
? — плотность теплового потока, Вт/м2;
А — глубина погружения, м; шаг по пространстве V — кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
77 — динамическая вязкость жидкости Па • с
X — теплопроводность, Вт/м-К; с— удельная теплоемкость, Дж/кг-К;
/ — частота колебаний, Гц;
5о — начальная толщина паровой пленки.
№1— число Нуссельта В1— число Био йе— число Рейнуодьса Бг— число Фруда We— число Вебера Б1е— число Стефана вг— число Грасгофа Рг— число Прандтеля
с поверхностью шара. Как известно, критический тепловой поток зависит от материала и состояния поверхности нагрева. Кроме того, критический тепловой поток зависит от формы поверхности нагрева и его глубины погружения в жидкость [25]. К сожалению, для жидкого гелия экспериментальные данные, связанные с величиной критического теплового потока, для шара обнаружить не удалось. Эксперименты сделаны только для горизонтальных цилиндров (тонкие проволоки) и плоских поверхностей. Однако есть теоретическое соотношение для минимального теплового (восстановительного) потока, при котором пленка пара может существовать[5 2].
д =2,27[рь +р8И-рЛТ,)](2^Т,)'1 (3.2)
где д —минимальный тепловой поток.
Согласно соотношению (3.2) с увеличением глубины погружения нагревателя критический тепловой поток повышается.
Базовый расчет был проведен для следующих данных: г„=5-10'4м , Г„(0) = 78К , /г = 1СГ2 м , <50 = 1 (Г4 м . При решении были получены
зависимости размера(радиуса) паровой пленки и температуры стального шара от времени. Наблюдается, как и ожидалось, что изменения радиуса пленки пара носит колебательный характер. На графиках представлена основная кривая, и ее огибающие, а также зависимость температуры шара от времени, описывающая охлаждение шара. В дальнейшем, для наглядности, зависимость радиуса паровой пленки от времени будет представляться двумя огибающими.
3.3.1. Исследование влияния начальной толщины пленки пара
На рис.8, представлены зависимости размера пленки, и температуры стального шара от времени для различных значений начальной толщины