Моделирование теплофизических процессов инееобразования на низкотемпературных поверхностях энергетических установок

• Автор: Финько, Сергей Филиппович
• Шифр специальности: 01.04.14, 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 124 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Тепломассоперенос при инее и льдообразовании

на поверхностях энергетических установок

1.1. Состояние вопроса

1.2 Выводы. Цель и задачи исследования

2. Расчет теплофизических характеристик

процесса инееобразования

2.1. Теплофизические характеристики инея

в нестационарных условиях теплообмена

2.2. Температура границы раздела слоев инея

и их толщина.
2.3. Кинетика впитывания жидкости инеем.
2.4 Влияние тепловых ударов
на течение процессов инееобразования.
2.5 Влияние давления неконденсирующегося газа
на структуру десублимата инея
3. Экспериментальные исследования процесса инееобразования
3.1. Экспериментальная установка
3.2. Методика проведения экспериментов
3.3. Анализ результатов экспериментальных исследований
процесса инееобразования.
3.3.1. Классификация процесса и характеристика его стадий
3.3.2. Структура инея в различных климатических условиях
3.3.3. Энергетические и кинетические характеристики
процесса инееобразования
3.4. Методика расчета эффективной теплопроводности слоя инея
4. Исследование процесса инееобразования на криогенной поверхности
опытнопромышленной установки. Практические рекомендации
Основные результаты и выводы
Список литературы


Проведенные экспериментальные исследования по проблеме инееобразования и разработанные методики по определению теплофизических характеристик инея дают возможность: 1) выяснить физическую картину течения и некоторые закономерности процесса инееобразования на низкотемпературных поверхностях теплоэнергетических установок в нестационарных температурных условиях; 2) предложить созданные методики для практики КБ при определении теплофизических характеристик слоя инея (льда) на поверхностях, в том числе при наличии тепловых ударов. Во введении обоснована актуальность темы, определена цель и сформулированы задачи исследования, охарактеризована научная новизна и показана практическая значимость результатов работы. В первой главе дан анализ существующих в настоящее время решений проблемы инееобразования на поверхностях различных технических устройств. Показано, что еще подлежат решению некоторые аспекты указанной проблемы, в том числе необходимость построения структурных и математических моделей процесса в нестационарных температурных условиях на его начальной стадии и при тепловых ударах. На основе произведенного анализа сделаны выводы об актуальности работы, поставлена цель и намечены задачи исследования. Во второй главе на основе принятой структурной модели изложена методика определения теплофизических характеристик процесса инееобразования с учетом дополнительных теплопритоков, в том числе при тепловых ударах. В третьей главе выполнены экспериментальные исследования начальной стадии процесса инееобразования. Опыты проводились в условиях нестационарности температуры вымораживающей поверхности, т. При этом конкретное значение нижнего уровня температуры вымораживающей поверхности определялось характером источника, обеспечивающего ее охлаждение, и параметрами окружающей среды. В четвертой главе дано описание исследований процесса инееобразования на изолированной поверхности промышленной емкости с криогенной жидкостью, которые проводились на экспериментальной опытно-промышленной установке. На этой установке выполнен ряд экспериментов для изучения возможности использования и проверки эффективности слоя инея в качестве дополнительной теплоизоляции криогенной емкости. Автор выражает свою глубокую признательность научному руководителю - Заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Фалееву Владиславу Васильевичу и научному консультанту - кандидату технических наук, доценту Дроздову Игорю Геннадьевичу за внимание, оказанное при подготовке диссертации. В результате развития холодильной техники явление образования инея на низкотемпературных поверхностях стало определять условия работы и характеристики многочисленных машин и приборов [1, 2]. К тому времени (середина двадцатого века) существовали уже основные положения теории тепломассопереноса для ламинарного и турбулентного течений в пограничном слое около твердых и проводились исследования тепломассопереноса в дисперсных средах, при фазовом переходе водяных паров в твердую или жидкую фазу из их смеси с воздухом Однако изучение коснулось лишь основ явления. Специфика процесса отложения инея почти не отражалась. А при проектировании и эксплуатации холодильного оборудования влияние инея оценивали интуитивно. В дальнейшем стала ощущаться недостаточность информации об условиях отложения инея и о его свойствах. Особую актуальность исследования в данной области приобрели в связи с прогрессом ракетно-космической техники, где широкое применение нашли криогенные продукты. Помимо оценки теплоизолирующих свойств инея возникла задача оценки массы инея, накапливающегося на изолированных и неизолированных элементах конструкции ракеты, а также появилась необходимость считаться с возможностью закупорки охлажденных трубопроводов, по которым проходили газы, содержащие примеси водяных паров. Отсутствие достаточного экспериментального материала по инею, заставило исследователей обратиться к снегу как аналогичной субстанции, но с известными теплозащитными свойствами. Вскоре стало очевидным, что коэффициент теплопроводности инея, так же как и коэффициент теплопроводности снега, не является однозначной функцией плотности.