Исследования теплообмена

Как было отмечено ранее, метод неограниченного плоского слоя в основном используется для исследования теплофизических свойств материалов с низкой теплопроводностью, однако в последнее время его также стали использовать для определения теплопроводности различных проводников теплоты, в том числе и металлов [9].

Наряду с описанным методом в практике экспериментального исследования теплофизических свойств веществ широкое распространение получил так-

Имеется и ряд других преимуществ нестационарных методов исследования теплофизических свойств веществ, в том числе относительно малое время проведения опыта, а также возможность получения значений теплофизических параметров в широком интервале изменения температур.

пена двумя новыми разделами, посвященными методам комплексного исследования теплофизических свойств, имеющим важное практическое значение, и некоторым вопросам измерений.

Большинство известных испытательных установок позволяют создавать в испытуемом образце стационарный одномерный тепловой поток. Особенностью стационарных методов является постоянство температуры в определенных точках исследуемого образца. Поверхностные участки (наружные и внутренние) покрытия находятся при различных, но неизменных в процессе испытаний температурах. Температура любой точки покрытия при этом зависит только от ее положения, но не от времени. Определив распределение температур в покрытии и оценив количество перенесенной теплоты, можно рассчитать теплопроводность. Исследования теплофизических свойств

В гл. 3 рассматриваются рекомендуемые методы исследования теплофизических свойств органических и кремнийорганических теплоносителей. На основании анализа и обобщения наиболее достоверных опытных данных авторами составлены таблицы рекомендуемых значений теплофизических свойств: плотности, теплоемкости, вязкости, теплопроводности, поверхностного натяжения. Оценена погрешность табулированных значений тепло-физических свойств. Таблицы рекомендуемых величин в настоящей работе представлены в Международной системе единиц СИ. В разделах, посвященных анализу работ других авторов, сохранены принятые ими единицы измерения.

Вторая особенность предопределяет целесообразность экспериментального исследования теплофизических свойств с технической точностью. Известно, что при экспериментальном изучении теплофизических свойств необходимо иметь сведения о. составе и чистоте исследуемых веществ, поскольку достоверность конечных результатов определяется не только погрешностью применяемых методов, но и составом веществ. Что касается органических и кремнийорганических теплоносителей, то они являются сложными смесями, точный состав которых часто не известен. Это следует учитывать экспериментаторам при исследовании теплофизических свойств указанных теплоносителей, и, как нам представляется, вряд ли целесообразно проводить прецизионные измерения с достижимой на сегодняшний день точностью. Вполне достаточно ограничиться измерениями с технической точностью (например, при погрешности определения плотности 0,3—1%, вязкости 2—4% и т. д.). Для технических расчетов подобная погрешность вполне допустима, тем более что колебания в химическом составе жидкости вызывают изменения в свойствах различных партий теплоносителя, которые часто превышают указанную погрешность. Так, непостоянство полимерного состава полиорганосилоксановых жидкостей приводит к изменению свойств на 10—15% (Л. 39, 42]. Изменение свойств наблюдается и у терфенильных смесей различных марок.

Комплексные исследования теплофизических и физических характеристик газоохлаждаемых быстрых реакторов на N2O4 со стержневыми твэлами (диаметром 5 — 6 мм) показали возможность достижения удельной теп-лонапряженности 900—1200 кВт/л при давлении газа 110—150 бар, подогреве газа до 200—450 °С, его скорости 25 — 40 м/с, максимальной температуре топлива 1100—1200 °С в беззазорном варианте твэлов и температуре 1300—1350°С при радиальном зазоре 0,03 — 0,05 мм, температуре оболочки твэлов с учетом факторов перегрева 700 — 720 °С.

Тем самым можно заключить, что исследования теплофизических параметров следует рассматривать как комплексную проблему совместного определения многих взаимосвязанных характеристик. Учитывая высокий уровень температур и темпов нагрева, вероятно, следует широко использовать для этого эксперименты в высокотемпературных аэродинамических трубах.

Этот раздел посвящен методикам исследования теплофизических характеристик теплозащитных материалов при высоких температурах непосредственно в процессе их одностороннего нагрева и разрушения. Необходимость такого подхода была установлена в § 3-6 и 9-1, где было показано, что структура прореагировавшего слоя и теплообмен фильтрующихся продуктов разрушения могут существенно зависеть от темпа нагрева. Естественно, что в таких условиях требуется специальное обоснование возможности применения на практике теплофизических характеристик, измеренных в стационарных условиях на так называемых стабилизированных образцах, которые получаются в результате длительного отжига теплозащитных материалов при максимальной температуре эксперимента.

29. Расчетно-экспериментальные исследования теплофизических процессов при сложном продольно-поперечном течении теплоносителя в промежуточных теплообменниках быстрых реакторов/ В. М. Будов, Л. И. Владимирова, Б. Н. Габрианович и др.// Теплообмен и гидродинамика однофазного потока в пучках стержней. Л.: Наука, 1979. С. 56—68.

На основе экспериментальных исследований 3. Ф. Чухано-вым и Е. А. Шапатиной [35] было установлено, что с уменьшением размеров отдельных частиц интенсивность теплообмена повышается, так как при этом турбулизация пограничного слоя наступает при меньших числах Re. Исследования проводились в условиях нестационарного режима путем прогрева стальных шариков с объемной пористостью т = 0,4 и измерения скорости изменения температуры газа на выхоДе из шарового слоя. Коэффициент теплоотдачи определялся при сопоставлении экспериментальных температурных кривых на выходе из слоя и теоретических кривых, подсчитанных Шуманом для разных коэффициентов теплоотдачи а.

4Л. Методики проведения и результаты исследования теплообмена

179. Стюшин Н. Г. Новые результаты исследования теплообмена при кипении в трубах. — В кн.: Тепло- и массоперенос, т. 2, Минск, 1962, с. 114—119.

10. Молочников Ю. С., Баташова Г. Н. Истинное паросодержание при кипении воды с подогревом в трубах. — В кн.: Достижения в области исследования теплообмена и гидравлики двухфазных потоков в элементах энергооборудования* Л.: Наука, 1973, с. 79—95.

В ИЯЭ АН БССР были проведены экспериментальные исследования теплообмена в жидкой четырехокиси азота в условиях нагрева при турбулентном течении в круглых трубах разного диаметра в широком диапазоне определяющих параметров.

Опыты выполнены на двух установках, на которых проводились также исследования теплообмена в газообразных и двухфазных потоках. Многолетний опыт эксплуатации установок подтвердил правильность принятых схемных и конструктивных решений, поэтому целесообразно рассмотрение общих принципов их конструирования и эксплуатации.

Установка для исследования теплообмена при докри-тических давлениях. Принципиальная технологическая схема установки изображена на рис. 2.1. Основные характеристики: расход теплоносителя — до 230 кг/час; максимальное давление—100 бар; максимальная температура теплоносителя в контуре — до 800 °К-

Первые экспериментальные исследования теплообмена в четырехокиси азота проведены в ИЯЭ АН БССР в 1965 г. на установке с разомкнутым контуром циркуляции при давлениях 1—10 бар, температурах газа до 820 °К и числах Re до 3 • 105 [3.24],

Теплообмен в неравновесно диссоциирующем газ.е. Рассмотрим результаты исследования теплообмена в переходной области, в которой состав близок к «замороженному» и при протекании второй стадии реакции.

Экспериментальные исследования теплообмена при пузырьковом кипении N2O4 в условиях вынужденной циркуляции в вертикальной трубе проводились в ИЯЭ АН БССР [4.16—4.19] на установке, технологическая схема которой показана на рис. 4.4. Основной контур теплоносителя имеет естественную циркуляцию. Экспериментальный участок / установлен на подъемной ветви контура, калориметрический расходомер 3 — на опускной. Предварительный нагрев теплоносителя до экспериментального участка производится на горизонтальном участке нагревателем 2. Сепарация влаги из парожидкостно-го потока происходит,в барабане 4, который соединен двумя линиями с-конденсатором пара змеевикового типа 7, охлаждаемого водой из емкости 8 с постоянным уровнем воды. Из этой же емкости осуществляется подача воды в калориметр. Заполнение контура теплоносителем производится (после вакуумирования) Термокомпрессором 11. Весь контур выполнен из нержавеющей стали 1Х18Н10Т. Нагреватель 2, кроме подогрева теплоносителя на входе в экспериментальный участок, использовался также в качестве контрольного расходомера. Потери тепла в нем определялись предварительной тарировкой и контролировались многоспайными дифтермопарами, уложенными с двух сторон теплоизолирующего слоя (асбест и стеклоткань).

Процесс теплообмена пр,и кипении в условиях вынужденного движения тесно связан с режимами течения потока и температурными условиями на поверхности стенок канала, в пограничных пристенных слоях жидкости или газа и в ядре потока. В зависимости от этих условий можно различить несколько основных режимов, связанных с определенными особенностями тепло- и мас-сопереноса: пузырьковый режим недогретой жидкости, развитый пузырьковый режим, кольцевой режим, переходящий при определенных условиях в режимы с улучшенной или ухудшенной теплоотдачей (кризис второго рода). Экспериментальные исследования теплообмена в указанных режимах имеют большое практическое значение для разработки рекомендаций по расчету прямоточных регенеративных парогенераторов и других аппаратов одноконтурных энергетических установок на четырехоки-си азота. В литературе отсутствуют материалы по опытному изучению данного вопроса, за исключением результатов исследований, проведенных в ИЯЭ АН БССР [5.12, 5.13]. Учитывая сложность и многообразие процессов, всестороннее изучение теплообмена в двухфазном потоке N^04 требует проведения обширных и длительных исследований.