Устойчивость теплообмена при кипении

• Автор: Усатиков, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 315 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Е ОБЛАСТИ МЕТАСТАБИЛЬНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТЬ К КОНЕЧНЫМ ВОЗМУЩЕНИЯМ ПУЗЫРЬКОВОГО И ПЛЁНОЧНОГО КИПЕНИЯ

1.1. Обзор литературы по автоволновым процессам теплообмена при кипении

и существующих методов анализа устойчивости «в большом» стационарных

режимов. Формулировка задач исследования

■ 1.1.1.Термический подход и формулировка исходной краевой задачи

1.1.2.Области мета стабильно с ти режимов кипения (на тонком стержне или пластине)

1.1.2.1.Постоянная тепловая нагрузка на стержне

1.1.2.2.Постоянная сила тока при электрообогреве стержня
1.1.2.3.Постоянная температура жидкости, греющей тонкую стенку
1.1.2.4.Пластина при малых числах Био (двумерное неоднородное уравнение)
1.1.3.Области метастабильности режимов кипения на сложных нагревателях.
1.1.3.1.Толстая стенка, обогреваемая горячей жидкостью
1.1.3 2.0ребрённые поверхности
1.1.3.3.ТВЭЛ с малотеплопроводным сердечником в оболочке
1.1.3.4.Стержень с малотеплопроводным покрытием
1.1.3.5.Постоянная температура основы стержня с покрытием
1.1.3.6.Постоянная тепловая нагрузка в основе стержня с покрытием
1.1.4.Граница области метастабильности режимов кипения при эффекте Томсона и на вертикальном нагревателе. Интервал равновесной тепловой....нагрузки
1.1.5.Устойчивость «в большом» стационарных режимов
1.1.5.1.Прямой метод Ляпунова
1.1.5.2.Многомерные задании некоторые дополнительные задачи устойчивости
1.1.6.Динамика смены режимов кипения: бегущая волна "переключения"
1.1.7.Формулировка задач исследования
1.2. Определение условий равновесия режимов кипения с помощью
функционалов Ляпунова
1.2.1.Постоянные: тепловая нагрузка ^^сопбЕ), сила тока ЩсоїМ) на стержне, температура жидкости, греющей тонкую стенку, температура основы или сердечника (Оо^сопэЙ
1.2.2.ТВЭЛ с малотеплопроводным сердечником в оболочке и стержень с малотеплопроводным покрытием
1.2.3.Толстая стенка, обогреваемая горячей жидкостью
1.2.4.0ребрённые поверхности

1.3. Очаговое инициирование волны смены режимов кипения на стержне
1.3.1.Постановка задачи
1.3.2.Применение достаточного условия Ляпунова
1.3.3.Применение производной функционала Ляпунова по параметру возмущений
1.3.4.Развитие очаговых возмущений температуры
1.4. Очаговое инициирование волны на пластине (осесимметричный фронт).
1.5. Инициирование смены режимов кипения на стержне очагом долговременной ухудшенной теплоотдачи или увеличенного тепловыделения
1.6. Влияние сердечника ТВЭЛа и покрытия стержня на устойчивость кипения
1.6.1.Устойчивость к изотермическим возмущениям
1.6.2.Устойчивость к очаговым возмущениям температуры ТВЭЛа
Еб.З.Устойчивость к очаговым возмущениям температуры стержня с мало-
теплопроводным покрытием
2. ДИНАМИКА СМЕНЫ РЕЖИМОВ КИПЕНИЯ
2.1. Скорость автоволны на стержне и на пластине
2.1.1 .Проволочный нагреватель
2.1.2.Осесимметричные температурные возмущения на тонкой пластине
2.1.3.Влияние малотеплопроводного сердечника ТВЭЛа на скорость волны
2.2. Закономерности теплообмена в зоне фронта температурных автоволн
2.2.1.Локально-неравновесная система «нагреватель-кипящая жидкость». .’
2.2.2.Гистерезис теплоотдачи. Интервал равновесной тепловой нагрузки.
2.2.3.Формулировка исходной краевой задачи при неоднозначной кривой кипения
2.2.4.Влияние эффекта Томсона
2.2.5.Влияние ориентации температурной волны в поле силы тяжести.
2.3. Кипение в трубе в условиях вынужденного течения
2.3.1.Сочетание режимов по ходу потока: пузырьковый- переходный - плёночный :
2.3.2.grad0 и pw имеют противоположные направления
2.3.3.Смена плёночного кипения пузырьковым
2.3.4.Область существования N-образной кривой кипения в трубах
2.3.5.Кривые кипения в трубах
2.3.6.Анализ механизма кипения в температурных волнах
2.4. Эффект Z-образной формы кривой кипения
2.4.1.Автоволновые процессы на поверхностях окисленных, загрязнённых или покрытых защитной плёнкой с плохой теплопроводностью

2.4.2.0ребрённая поверхность нагрева
2.5.Инициирование смены режимов кипения локальным ухудшением
теплоотдачи, при эффекте Томсона или на вертикальном нагревателе
3. СТАЦИОНАРНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННО- НЕОДНОРОДНЫЕ СОСТОЯНИЯ (ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДОМЕНЫ)
3.1. Обзор существующих представлений о температурных доменах при кипении
3.2. Методика расчёта доменных линий с «холодными концами»
3.3. Методика расчёта доменных линий с «горячими концами»
3.4. Сравнение с экспериментальными данными
3.5. Устойчивость доменов к малым возмущениям при фиксированной среднеинтегральной температуре стенки
3.6. Влияние термоэлектрических эффектов и ориентации нагревателя в поле силы тяжести
3.7. Динамика доменов и устойчивость к конечным возмущениям при эффекте «бареттирования»
3.7.1.Динамика нижних доменов в режиме фиксированной силы тока.
3.7.2.Динамика и устойчивость доменов в режимах фиксированного напряжения. и среднеинтегральной температуры
3.7.3.Динамика и устойчивость доменов при влиянии эффекта Томсона или на вертикальном нагревателе
4. ПУЛЬСАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕНКИ И УСТОЙЧИВОСТЬ КИПЕНИЯ
НА ПОВЕРХНОСТИ ТРУБЫ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ТЕЧЕНИИ ГРЕЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
4.1. Обзор литературных данных
4.2. Резонирующее действие зоны переходного кипения
4.3. Периодическая смена режимов кипения на стенке при обогреве горячей жидкостью
4.4. Распространение- пульсаций температуры по длине трубы, обогреваемой
горячей жидкостью
4.4.1.Модель процесса
4.4.2.1 Ызкочастотные возмущения
4.4.3.Резонирующее действие переходного кипения
4.5. Устойчивость «в большом» температурного поля трубы при
вынужденном течении греющей жидкости

І я. • Ч(е)ае
(1.28)
откуда определяется диапазон (5-4 на рис.1.4в) высоты ребра, в котором на ребре возможны три режима теплоотвода (1,2, 3 на рис. 1.4в,г). Из (1.27) определяется также плотность теплового потока в зависимости от температуры в основании ребра:
Как видно из рис. 1.4г, одному значению 90 могут отвечать три значения теплового потока (точки 1, 2, 3). В режиме 1 вся поверхность ребра занята плёночным кипением, в режиме 3 - значительная часть поверхности занята пузырьковым кипением, в режиме 2 - по высоте ребра переходное и плёночное кипение.
Таким образом, система «оребрённая поверхность нагревателя - кипящая жидкость» является бистабильной, в которой «холодное» состояние соответствует режиму 1, а «горячее» режиму 2.
Интерес к методу интенсификации теплообмена при кипении с помощью оребрения был стимулирован работой [84]. В [74 - 75, 80 - 83] проведены экспериментальные исследования теплоотдачи при кипении на рёбрах, оребрённых поверхностях и межрёберных зазорах, разработан метод аналитического построения профилей температуры ребра и зависимости qo(9o)■ В [22 - 24] проведено исследование локальной устойчивости температурных полей в рёбрах. Многие результаты позже воспроизведены в [85 - 90].
В [91] экспериментально и теоретически исследованы условия перехода от метастабильного режима к стабильному при кипении на горизонтальном ребре. Границу метастабильности предлагается определять по равенству критических температурных возмущений (вида монотонного участка синусоиды) для пузырькового и плёночного режимов. Этот метод в общем случае неверен, и в работе
(1.29)