Исследование процессов тепломассообмена при испарении и кипении в простых и мезоскопических системах монодисперсных микросфер и мезотрубок

• Автор: Эльбуз Мустафа Али Мустафа Али
• Шифр специальности: 05.04.03, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОЦЕССЫ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ КОНВЕКТИВНОМ ПЕРЕНОСЕ, ИСПАРЕНИИ И КИПЕНИИ В ПРОСТЫХ И МЕЗОСКОПИЧЕСКИХ
СТРУКТУРАХ (ОБЗОР)
1Л. Процессы конвективного, испарительного тепломассообмена и кипения в некоторых энергетических системах и системах охлаждения
1.1.1.Испарительное охлаждение на основе испарительного и конвективного тепломассообмена и системах обеспечения жизнедеятельности
1,1.2.Основные задачи тепломассообмена в новых энергетических системах..
1.2. Тепломассообмен в гранулированных (пористых) средах
1.3. Испарение со свободной поверхности ограниченных объемов жидкости..
1.3.1. Особенности испарения со свободных поверхностей жидкости: анализ
проблемы п современное состояние исследований
1.3.2.Тепломассообмен при испарении жидкости в парогазовую среду
1.3.3. Испарение из гранулированной среды
1.4. Кипение в мезоскопических гранулированных средах
1.5. Однофазный теплообмен в мезотрубках
1.6. Цели и задачи исследований
ГЛАВА 2. ИСПАРЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ ИЗ СОСУДОВ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ..
2.1. Постановка задач, оборудование и методика измерений
2.2. Испарение из пробирок и плоских горизонтальных сосудов. Экспериментальные исследования
2.3. Испарение жидкостей из сосудов с участием мезоскопической гранулированной среды в виде монодисперсных микросфер. Экспериментальные исследования
2.4. Численное моделирование процессов испарения. Особенности влияния тенлофизических и гидродинамических свойств окру жающей среды
2.5. Сравнение экспериментальных данных с простыми аналитическими моделями
2.6. Выводы к главе
ГЛАВА 3. ПРОЦЕССЫ ПУЗЫРЬКОВОГО КИПЕНИЯ НЕДОГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ
В МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЕ .МИКРОСФЕР
3.1. Постановка экспериментов н оборудование
3.2. Экспериментальное исследование пузырькового кипения в режиме «прыгающих» пузырей (jumping boiling)
3.2.1. Начальная фаза кипения в режиме «прыгающих» пузырей
3.2.2. Карта режимов «прыгающего» кипения
3.2.3. Особенности режимов «прыгающего» кипения
3.3. Модели режимов «прыгающего» кипения
3.3.1. Модель зарождения газовых/паровых пузырей в мезоструктуре микросфер.
3.3.2. Механизмы захвата микросфер газовыми (паровыми) пузырями
3.3.3. Скорость отрыва комплексов «пузырь+микросфера» от поверхности нагрева
3.3.4. Динамика движения системы микросфера+пузырь в недогретой жидкости
3.3.5. Простая модель теплообмена при «прыгающем» кипении
3.4. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА В МЕЗОТРУБКАХ
4.1. Введение
4.2. Экспериментальная установка
4.3. Экспериментальные измерения
4.4. Результаты и обсуждения
4.5. Выводы к главе
ГЛАВА 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ С МЕЗОСКОПИЧЕСКОЙ СРЕДОЙ
5.1. Тепловой баланс при солнечном испарительном охлаждении крыши
5.2. Эффективность охлаждения с применением мезоскопической среды
5.3. Выводы к главе
Пр вложения
1. Приложение А1.
2. Приложение А2.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
Латинские
а - температуропроводность, м'/сек
А - коэффициент поглощения солнечной радиации
С - теплоемкость, Дж/кгК
с» - коэффициент трения
Б - коэффициент диффузии, м'/сек
О, й - диаметр, м
в - массовый расход, кг/сек
а - гравитационное ускорение, м/сек
Ь - энтальпия единицы массы. Дж/кг
1(3) - поток солнечного излучения, Вт/м"
- плотность диффузионного потока. кг/м2сек Ь- характерный масштаб, м Б, Ек - удельная теплота испарения, Дж/кг М, П1 - масса, кг п - нормаль к поверхности Р- давление, Па
с] - плотность теплового потока, Вт/ м
Т - температура, К
1 - время, сек
V - объем, м'
у, и - скорость, м/сек
у- удельный объем, м’/кг
х,у,г-декартовы координаты, м
Греческие
а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м‘К
Р - коэффициент массоотдачп, м/сек
/. - теплопроводность. Вт/м-К
5 - толщина, м
Д7' - температурный напор, К
р - плотность, кг/.т'
// - динамическая вязкость, кг/м сек в - контактный угол

где /. - характерный размер системы (например, характерный размер поверхности испарения - размер (диаметр) сосуда со свободной границей). Поскольку Р = qm / Apls, то можно записать Ap,s = pls(Ts )-pIS(T,), где р1Х(1),фр1Л(Г,) - плотности насыщения водяного пара при средней температуре поверхности испарения и температуре окружающего воздуха; ф - относительная влажность окружающей среды. Разность плотностей (концентраций) является движущей силой процесса испарения, при этом число Рэлея определяется как
1а = H^P.L (1.9)

где g - ускорение свободного падения, у,а,- кинематическая вязкость и температуропроводность воздуха, соответственно, Лp = p,—ps (p,,ps- плотность паровоздушной смеси на поверхности воды и в окружающей среде, соответственно; (подробнее см. [119]), р - средняя плотность влажного воздуха (полагается, что сухой воздух и водяной пар представляют собой идеальную газовую смесь при температуре на поверхности испарения - Ts и при температуре Т, - в окружающей среде). Заметим также, что в соотношении для числа Sh зависимость от числа Sc важна только, если рассматриваются различные жидкости. При изучении только системы воздух-вода можно положить Sc * cons!, тогда
Sh - В ■ Ка"', В-С-Sc" (1.10)
Ранее были исследованы зависимости Sh = Sh(Ra) для процессов испарения воды со свободных поверхностях в условиях естественной конвекции [119]. В частности, в [119] исследовалось испарение воды из сосуда различного диаметра (от 8,9 см до 30,7 см). Характерный масштаб 1. брался как диаметр сосуда, т.е. I, = I). Интересно отметить, что в цитируемой работе температура воздуха была выше температуры воды, т.е. наблюдалась нисходящая естественная конвекция, так что форматьно число Рэлея Ra < 0 (Др < 0).
В работе Шарплп и Боелтера [120] и Боелтера и др. [121] изучалось испарение нагретой воды из поддона с применением «устройства спокойного воздуха» (специальная система с перегородками, в которую помещался контейнер с горячей водой; это устройство ограничивало потоки воздуха от испаряющейся поверхности) (рис. 1.24). Авторы отмечают, что такая система с перегородками заметно изменяла скорость испарения нз контейнера.