Особенности теплообмена при сверхкритических давлениях вещества

• Автор: Боговин, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.14.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Одесса
• Количество страниц: 192 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Теплообмен свободной конвекцией .

1.2. Теплоотдача при вынужденной конвекции.

1.3. Термоакустические колебания .

1.4. Постановка задачи исследования

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ТЕПЛООБМЕНА В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКОМ ДАВЛЕНИИ

2.1. Описание экспериментальной установки .

2.2. Свободноконвективный перенос тепла от горизонтальной платиновой проволочки при сверхкритичес

ких давлениях нафтила

2.3. Влияние материала нагревательного элемента на процесс теплообмена при свободной конвекции пентана.
2.4. Влияние растворенного газа на интенсивность теплообмена свободной конвекцией при сверх критическом давлении
Выводы.
Глава 3. ИССВДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ТЕРМОАКУСТИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИИ ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТОЛУОЛА.
Метод исследования и экспериментальная установка,.
3.2. Экспериментальное исследование термоакустических колебаний и теплообмена в обогреваемом канале
3.3. Влияние давления на теплообмен и устойчивость работы теплообменных аппаратов при сверхкритических давлениях
3.4. Влияние длины обогрева на характеристики термоакустических колебаний и температурный режим
стенки .
3.5. Частоты термоакустических колебаний при пере менной скорости звука по длине обогреваемого
канала
3.6. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче
В ы в о д ы .
Глава 4. ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЕННОГО ГАЗА НА ТЕПЛООБМЕН И ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕРМОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИИ ПРИ ВЫНУЖ ДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ТОЛУОЛА СБЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ .
4.1. Введение.
4.2. Методика эксперимента.
4.3. Определение предельной растворимости газа в
толуоле при различных давлениях .
4.4. Характеристики термоакустических колебаний в
случае насыщения толуола газом
4.5. Влияние растворенного газа на теплоотдачу
В ы в о д ы
Глава 5. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ КАНАЛА НА ТЕПЛООТДАЧУ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОАКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
5.1. Искусственная интенсификация теплообмена в в обогреваемом канале с плавно очерченными
выступами на внутренней поверхности .
5.2. Метод устранения термоакустических колебаний и теплоотдача при их отсутствии в условиях вынужденной конвекции
5.3. Особенности теплоотдачи при изменении краевых
условий на концах исследуемого канала
В ы в о д ы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .
ЛИТЕРАТУРА


Авторы работ , утверждают, что ухудшенные режимы теплоотдачи могут наблюдаться как при подъемном, так и при опускном движении жидкости, причем в некоторых случаях пик температуры при опускном движении по величине больше, чем при подъемном. При горизонтальном расположении трубы также имеет место ухудшенный режим, и коэффициент теплоотдачи меньше в верхней части сечения трубы . В кольцевых каналах не наблюдался спад температуры после зоны ухудшения теплоотдачи. Для канала с прямоугольным сечением не отмечается ло кального ухудшения теплоотдачи . Не обнаружено это явление и при экспериментальном исследовании теплообмена при турбулентном течении гелия в сверхкритическом состоянии . Возможно, это объясняется низкими температурными напорами, которые реализуются в названных работах. В длинных равномерно обогреваемых трубах могут возникать два всплеска температуры стенки один в начале трубы, другой в области высоких теплосодержаний рабочего тела . В большинстве же случаев местное аномальное ухудшение теплоотдачи наблюдалось ближе к выходу из трубы, и с увеличением теплового потока местоположение максимума температуры смещалось. Этот процесс сопровождался сильными колебаниями давления, температуры стенки и жидкости. К сожалению, исследователи не рассматривают влияния нестационарных процессов на теплообмен и гидродинамику. Хотя, как утверждают авторы , в колеблющихся потоках может на
блюдаться как увеличение, так и уменьшение интенсивности теплообмена. Например, если колеблющийся поток возбуждается стоячей волной, то учитывая особенности теплообмена по длине волны, можно объяснить появление нескольких максимумов температуры стенки в длинных каналах и перемещение местоположения участка локального ухудшения теплоотдачи с повышением тепло вой нагрузки. В настоящее время нет общепризнанного объяснения причин возникновения ухудшенных режимов теплоотдачи. Например, М. Е.Шицман считает, что аномальные всплески температуры стенки происходят по причине развития ламинаризации пограничного слоя вследствие действия сил свободного движения. Ш.Г. Каплан в работе высказал предположение, что при указанных условиях у теплоотдающей поверхности образуется слой среды со свойствами вещества, характерными для сверхкритических значений параметров. В этом слое непрерывно происходят структурные изменения, причем непосредственно у стенки возникает газовый подслой с повышенным термическим сопротивлением, что в сочетании с пониженным турбулентным обменом с ядром потока вызывает снижение интенсивности теплоотдачи. Б.С. Петухов и др. В работе 6Ь были исследованы теплоотдача, изменение скорости и температуры среды по сечению трубы в области околокритических давлений для углекислоты при нормальных и ухудшенных режимах теплообмена. Отмечено наличие нулевых и даже отрицательных значений градиентов скорости в пристенной области, что свидетельствует о значительных изменениях условий массо и теплообмена, происходящих в области околокритических давлений. В режиме ухудшенного теплообмена нулевые значения градиента скорости движения среды находились в непосредствен ной близости от стенки трубы. Полученные результаты качественно согласуются с предположением о том, что причиной ослабления интенсивности теплоотдачи является снижение турбулентного об мена. Далеко не полные сведения по ухудшенным режимам теплоот дачи получены главным образом для воды и двуокиси углерода. Характерным признаком улучшенного режима теплоотдачи яв ляется незначительное изменение температуры стенки с увеличе нием теплового потока 2,4,,,Ь0,4,7,,,,1 и др Возникновение режимов с улучшенной теплоотдачей всегда сопро вождается появлением звука. На это указывают все исследователи. Большинство авторов отмечает, что режимы с улучшенной теплоотдачей наступают при высоких тепловых нагрузках и значениях после того, как температура стенки достигает значе
ния, немногим меньшего или, чаще большего . Улучшенный режим теплоотдачи будет более подробно рас смотрен совместно с анализом результатов, полученных при ис следовании термоакустических колебаний.