Science.tatsel.tu - Молекулярно-кинетическая теория  
  Испарение и
конденсация
Пленочное
кипение
Сверхтекучий
гелий
События и
мероприятия
Библиотека  


Испарение и конденсацияПленочное кипение• Исследование процессов переноса при пленочном кипении• Форма межфазной поверхности при пленочном кипении воды на полусфере• Классификация процессов тепломассопереноса• Сопоставление процессов переноса при пленочном кипении• Прогиб межфазной поверхности при пленочном кипении на обращенной вниз торцевой поверхности цилиндра• Определение толщины паровой пленки в задаче о пленочном кипении недогретой жидкости• Эволюция паровых образований на поверхности полусферического нагревателя• Сопоставление процессов тепломассопереноса при пленочном кипении различных жидкостей• Влияние процессов тепломассопереноса на толщину паровой пленки при пленочном кипении недогретой воды• Vapor-liquid interface form determination at the subcooled liquid film boiling• Влияние давления на пленочное кипение недогретой воды• Переходное и пленочное кипение недогретой воды на сферических поверхностях• Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкостиСверхтекучий гелийСобытия и мероприятияБиблиотека БольцманиадаХейке Камерлинг-ОннесКриогениус

Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости *

Левашов В.Ю.1, Пузина Ю.Ю.2

1 Институт механики МГУ, Москва
2 Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Рассматриваются процессы тепло- и массообмена при охлаждении нагретой сферы в холодной жидкости. При погружении нагретой твердой поверхности в воду, паровая пленка формируется вокруг нагревателя. Использование неравновесных граничных условий позволяет решить эту задачу с учетом особенностей процессов переноса на границе раздела пар–жидкость. Полученные результаты расчетов сравниваются с предыдущими расчетными данными.

Прогрессивные тенденции к интенсификации процессов тепломассопереноса на микроуровне, поиск высокоэффективных средств охлаждения электронных устройств вызывает повышенный интерес к теплопередаче при экстремально высоких уровнях тепловых нагрузок. Как известно, в этих условиях наиболее эффективным способом отвода тепла является кипение. Однако существуют различного происхождения трудности в фундаментальном описании и прикладном применении двухфазных систем. В частности многофакторность процессов, встречающихся как в технических системах, так и в природных условиях.

При этом, поскольку описание с позиций механики сплошной среды в ряде случаев оказываются за границами применимости в силу малых масштабов времени или геометрических размеров рассматриваемых объектов, необходимо использовать другие подходы, например методы молекулярно-кинетической теории. Динамические модели, описывающие процессы переноса на межфазной поверхности могут быть использованы также и при исследовании (рассмотрении) таких явлений как извержения подводных вулканов [1], моделирование аварийных ситуаций на атомных станциях, связанных с попаданием расплавленного металла в охлаждающую воду [2] и др.

Рассматривается следующая модельная постановка задачи. Шаровой нагреватель радиусом Rw с температурой Tw погружен в недогретую жидкость Tb на глубину h (рис. 1). Температура нагревателя Tw выбирается таким образом, чтобы на поверхности образовывалась паровая пленка толщиной δ (радиусом R1). Над поверхностью жидкости поддерживается постоянное давление Pb. Задачей исследования ставится определение темпа охлаждения шара и соответствующее изменение толщины паровой пленки δ и температуры межфазной поверхности T1 в зависимости от заданных параметров, например, Pb.

Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости
Рис. 1. Постановка задачи.

Для квазистационарной постановки задачи сформулирована система уравнений [3], в которой описание процессов переноса на межфазной поверхности основано на результатах молекулярно-кинетического анализа [4]:

Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости(1)

Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости(2)
где g – ускорение свободного падения, P1' – давление жидкости вблизи межфазной поверхности, P'' – давление пара в пленке, R – индивидуальная газовая постоянная, α – коэффициент теплоотдачи, λ'' – теплопроводность пара, ρ' – плотность жидкости, σ – поверхностное натяжение.

Очевидно, что важным параметром задачи является интенсивность теплообмена между поверхностью паровой пленки и холодной жидкостью. Вопрос об определении коэффициента теплоотдачи α вблизи межфазной поверхности в жидкости сводится к определению режима обтекания шара. При этом в отличие от традиционной постановки задачи, нагретая поверхность, около которой осуществляется движение жидкости, является проницаемой и подвижной. Поэтому в таком варианте возможна интенсификация теплообмена, по сравнению с рекомендуемыми формулами для естественной конвекции около шара [5]:

NuD = CRaDn (3)
C=0.13, n=1/3 при Ra > 108 (4)
C=0.5, n=1/4 при 108 > Ra > 1 (5)
Nu=2 при Ra < 1 (6)

Результаты расчетов (рис. 2-4) показывают, что темп охлаждения по расчету меньше экспериментального. Таким образом, необходимо исследовать с одной стороны интенсивный режим теплопереноса при смене режимов на горячей поверхности, погруженной в недогретую воду, с другой стороны механизм переноса естественной конвекции в условиях проницаемости горячей стенки.

Зависимость числа Рэлея и коэффициента теплоотдачи от радиуса нагревателя
Рис. 2. Зависимость числа Рэлея и коэффициента теплоотдачи
от радиуса нагревателя: 1 – Tb=80°C; 2 – Tb=20°C.

Зависимость относительной толщины паровой пленки от радиуса нагревателя
Рис. 3. Зависимость относительной толщины паровой пленки
от радиуса нагревателя: 1 – Tb=80°C; 2 – Tb=20°C.

Охлаждение шара
Рис. 4. Охлаждение шара: A – Rw=10-30m; B – Rw=10-40m.

Заключение

Показано влияние размера нагретого тела на скорость его охлаждения (рис. 4). Скорости охлаждения для сфер различных размеров были получены на основе результатов расчета толщины паровой пленки и значений температуры поверхности раздела по системе уравнений (1)-(2). Рассмотрен тепловой баланс на поверхности раздела фаз. При этом тепловой поток, поступающий на поверхность раздела фаз от нагревателя теплопроводностью, должен быть равен тепловому потоку в жидкости, переносимому естественной конвекцией. С одной стороны, режим течения естественной конвекции зависит от размера нагревателя, а с другой стороны, фактическое давление пара определяется величиной теплового потока. Результаты показали, что при уменьшении размера нагревателя интенсивность теплопередачи в жидкости возрастает. При этом относительная толщина парообразной пленки увеличивается.

Список литературы

1. Определение распределения физических характеристик внутри лавового потока по тепловым измерениям на его поверхности / Исмаил-Заде А.Т., Ковтунов Д.А., Короткий А.И. и др. // Доклады Академии наук. 2016. Т. 467. № 4. С. 458-462.
2. Система замыкающих соотношений двухжидкостной модели кода HYDRA-IBRAE/LM/V1 для расчета процессов при кипении натрия в каналах энергетического оборудования / Усов Э.В., Бутов А.А., Дугаров Г.А. и др. // Теплоэнергетика. 2017. № 7. С. 48-55.
3. Yu Yu Puzina The Heat and Mass Transfer Processes at the Cooling of Strong Heated Sphere in a Cold Liquid // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012006.
4. Муратова Т.М., Лабунцов Д.А. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации // Теплофизика высоких температур, 1969. Т. 7, № 5. С. 959–967.
5. В. В. Ягов Теплообмен в однофазных средах и при фазовых превращениях./ / М. : Издательский дом МЭИ, 2014 . – 542 с.



Эта страница оформлена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (грант № 18-08-00955)

* Левашов В.Ю., Пузина Ю.Ю. Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости // Тезисы III Всероссийской научной конференции "Теплофизика и физическая гидродинамика" с элементами школы молодых ученых. г. Ялта, Республика Крым, 10-16 сентября 2018 г. Н.: Издательство теплофизики СО РАН, 2016. С. 76.




    • Главная   • Пленочное кипение   • Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости  

  Испарение и конденсация Пленочное кипение Сверхтекучий гелий События и мероприятия
Библиотека Больцманиада Камерлинг-Оннес Криогениус
 
  © Science.Tatsel.ru 2006-2017.
Молекулярно-кинетическая теория. Научные публикации.
Испарение и конденсация. Плёночное кипение. Сверхтекучий гелий.
о проекте
условия использования
контакты
карта сайта