Экспериментальное исследование и разработка методов расчета кризиса теплообмена при кипении углеводородных топлив

• Автор: Ильясов, Тимур Рудольфович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 120 с. : ил.

г ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Ю

1.1 Роль углеводородных топлив в решении проблемы развития техники высоких скоростей полета и современных энергетических установок

1.2 Теплообмен при кипении углеводородных топлив

1.2.1 Выводы

1.3 Стадия однофазного теплообмена и закипания жидкости

► 1.4 Теплообмен при кипении в условиях наброса тепловой нагрузки

1.5 Проблема закипания жидкости

1.5.1 Область возможных перегревов жидкости

1.5.2 Зарождение паровой фазы в объеме перегретой жидкости (гомогенное заро-дышеобразование)

1.5.3 Парообразование на твердой поверхности (гетерогенное зародышеобразование)

1.5.3.1 Роль твердой поверхности в процессе зарождения паровой фазы
1.5.3.2 Закипание при тепловом равновесии жидкости и стенки
| 1.5.3.3 Закипание в условиях стабильного во времени градиента температур в
пристенном слое жидкости
1.5.3.4 Закипание в условиях квазипериодического изменения температурного
поля
1.6 Цель работы и предмет исследования
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Исследование нестационарного теплообмена при кипении
2.1.1 Измерение температуры поверхности и плотности теплового потока
2.1.2 Определение удельного электрического сопротивления исследуемых материалов
2.1.3 Оценка влияния заделки термопар на развитие кризиса
^ 2.2 Методы фиксации кризиса кипения
2.3 Конструкция и технические характеристики установок
2.3.1 Экспериментальный стенд для исследования кипения топлив при избыточном
давлении

2.3.2 Опытная установка для исследования кипения при атмосферном давлении
2.4 Методика проведения опытов
2.5 Оценка погрешностей эксперимента
ГЛАВА 3 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛООБМЕНА НА ПОВЕРХНОСТЯХ ОБОЛОЧКОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ЗАПОЛНЕНЫХ ТОПЛИВОМ, ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3.1 Характеристики теплообмена (критерии разрушения)
3.1.1 Время наступления кризиса кипения
3.1.2 Время закипания жидкости
3.1.3 Коэффициент теплоотдачи при нестационарном кипении
3.1.4 Первая стационарная критическая плотность теплового потока
ГЛАВА 4 ОБЛАСТЬ ВОЗМОЖНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ И
ИХ КРИЗИС ТЕПЛООТДАЧИ
4.1 Экспериментальное определение температуры предельного перегрева углеводородных топлив. Рекомендация расчетной зависимости
4.2 Обобщение экспериментальных данных по определению времени наступления термодинамического кризиса теплоотдачи углеводородных топлив
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОБОЗНАЧЕНИЯ а - коэффициент температуропроводности, м2/ с,
А,В - константы,
ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг К),
Б - диаметр, м (мм),
Е - энергия, переданная в жидкость с единицы поверхности, Дж/м2, Г - функция,
Б - площадь, м2,
% - ускорение силы тяжести, м/с2,
С г = й {3 р АТ / V2 - число Грасгофа, ш,п - показатели степени,
Л - силы тока, А,
Ла = ср р'АТ / (г р") - число Якоба,
С - длина, характерный размер, м(мм),
= (о/ ^ (р’ - р")))' 2- постоянная Лапласа, м,
N0 = «М. - число Нуссельта, р - давление, МПа,
Ре = У {/ а - число Пекле,
Рг = у/а - число Прандтля,
(} -тепловая мощность, Вт, q - плотность теплового потока, Вт/м2,
13 -радиус, м,
13а =вг Рг - число Рэлея, г - теплота парообразования, Дж/кг,
Б - солесодержание, мг/кг,
Т - температура, К (С),
АТ - температурный напор, К, и - падение напряжения, В,
у - скорость, м/с,
V - объем, м3,
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К),
Р - коэффициент объемного расширения, К'1, б- толщина стенки нагревателя, м (мм),
О- краевой угол смачивания,
X =( к ср р)|/2 - коэффициент теплоусвоения, Вт с0,5/ (м2 К), к - коэффициент теплопроводности, Вт/(м К),
а) б)
Рисунок 2.5 - Средняя температура теплоотдающей поверхности при метастабиль-ном кипении, замеренная различными способами, в условиях стачкообразного выделения удельной мощности (!„:
а) АТ1|ед=0 К, б) АТ„ед=60 К
теплоноситель вода, р=0,1 МПа, 1,2,3 - ДТиеа=60 К, 4 - 5 8 К, 5 - 62,2 К
1 - термопара на наружной поверхности
2 - на внутренней
3,4,5 - опытный образец является термометром сопротивления
4 - данные [48], 5 - данные [54], 6 - среднее значение Т
1,2,3 - настоящие исследования
Температура поверхности в этот период возрастает незначительно, поэтому считаем, что с1Т /с!т = 0 и изменение профиля температур стенки по радиусу можно принять ква-зистационарным. Температура теплоотдающей поверхности Т„ рассчитывалась, как среднеарифметическое между температурой начала кипения Т„.к. и критической температурой Ткр., которые в свою очередь определялись по точкам перегиба кривых температур нестационарного процесса (см. рисунок 2.20). На рисунке 2.5 а), б) приведены так же и экспериментальные данные других авторов, для аналогичных режимов, где температура теплоотдающей поверхности принималась равной среднеобъёмной температуре тонких, малоинерционных (в тепловом смысле) образцов. Максимальное относительное отклонение значений температуры, и в случае заделки термопары внутри трубки, и в случае непосредственного измерения наружной поверхности, от среднеарифметического значения перегрева не превышает 19% для кипения насыщенной жидкости (рисунок 2.5 а) и 12% - для не-догретой (рисунок 2.5 б). Отклонение температуры поверхности (среднеобъемной ), замеренной другими авторами [54, 55] при использовании экспериментального образца в каче-