Локальной теплоотдачи

По мере движения потока происходит быстрая активация центров парообразования. Количество паровых микроструй резко увеличивается и они заполняют все более мелкие поровые каналы. Жидкостные пробки уменьшаются, при этом основная часть жидкости движется в виде постепенно утоняющейся микропленки, которая обволакивает частицы каркаса и заполняет отдельные тупиковые поры. Скорость пара непрерывно возрастает. Вследствие резкого сужения и искривления каналов, прорыва пара в каналы при образовании пузырьков в заполненных ранее жидкостью порах происходит непрерывное разрушение и образование тонких жидкостных перемычек. Затем микропленка жидкости на стенках каналов постепенно испаряется и утоняется, жидкостные перемычки также уменьшаются и разрушаются. Высокоскоростной поток пара сначала уменьшает жидкостную микропленку по поверхности частиц, а затем распределяет по углам поровых каналов в области контакта частиц и тем самым препятствует сворачиванию микропленки под действием капиллярных сил и давления на локальных местах ухудшенной смачиваемости до полного ее испарения, чем достигается очень малая толщина микропленки жидкости перед завершением ее испарения. Давление в двухфазном потоке быстро понижается, а вместе с ним понижается и температура его паровой фазы, которая на любой стадии течения двухфазного потока равна локальной температуре насыщения.

При движении внутри охлаждаемого пористого материала пар конденсируется, образуя жидкостную микропленку на поверхности частиц. Микропленка конденсата заполняет все сужения в поровой структуре, образуя для паровых микроструй гладкие спрямленные каналы. Жидкость в микропленке под действием градиента давления и динамического воздействия со стороны паровых микроструй движется вместе с паром, но со значительно меньшей скоростью. Давление в потоке падает, а вместе с ним уменьшается и температура пара, равная локальной температуре насыщения ts. Сечения паровых микроструй постепенно

Учитывая медленное изменение параметров конденсирующегося потока вдоль канала и значительную протяженность зоны конденсации по сравнению с шириной канала, процесс теплообмена считаем квазиодномерным. Давление в поперечном сечении канала постоянно, следовательно, и температура пара, равная локальной температуре насыщения ts, также постоянна в этом сечении. Распределение температуры Г пористого материала в поперечном сечении канала описывается дифференциальным уравнением

Сопротивление в исследуемом процессе. При анализе теплообмена при испарении или конденсации потоков теплоносителя внутри каналов с пористым высокотеплопроводным заполнителем было отмечено, что паровая фаза смеси находится в состоянии термодинамического равновесия и имеет температуру, равную локальной температуре насыщения t s . Причем ts используется как отправная величина для расчета избыточной температуры проницаемой матрицы д = Т — ts. Следовательно, для определения значения ts в каждом поперечном сечении канала необходимо уметь рассчитать распределение давления в двухфазном потоке вдоль канала. Эта задача также представляет интерес и для расчета полного перепада давлений на пористом заполнителе.

В области испарения (L < Z < 5) вследствие чрезвычайно высокой интенсивности hv объемного внутрипорового теплообмена при испарении потока температура проницаемого материала TI не отличается заметно от температуры 12 паровой фазы смеси, равной локальной температуре насыщения:

В зоне испарения (L < Z < К) температура паровой фазы смеси равна локальной температуре насыщения ?2 =ts (Р) > а распределение температуры Тг пористого каркаса определяется уравнением

Точное определение перечисленных величин для неравновесных состояний сопряжено с большими затруднениями, преодолеть которые пока что не удается. Существенное упрощение проблемы дает принятие так называемой гипотезы локального термодинамического равновесия. Согласно этой гипотезе принимается, что микроскопическое состояние частиц самого вещества в каждой точке системы отвечает его термодинамически равновесному состоянию при локальной температуре в рассматриваемой точке.

рисы рассеяния; Ет v — «y.E0 v(v, T) — спектральная поверхностная плотность равновесного излучения в данной среде, соответствующая ее локальной температуре.

датчика или плотности потока чувствительный элемент начинает показывать температуру наружной поверхности датчика, близкую к адиабатической температуре стенки. Поэтому, чтобы измерить адиабатическую температуру стенки, был специально сконструирован зонд соответствующей конструкции. Этот датчик все же подвержен некоторому действию излучения и теплопроводности и показывает температуру, отвечающую равновесию между тепловыми потерями и аэродинамическим нагревом. В связи с этим разработанное устройство было названо датчиком равновесной температуры. Схема датчика приведена на фиг. 2. Чувствительный элемент представляет собой заостренный конус с малым углом при вершине, изготовленный из металла с малой степенью черноты. Он закрепляется в державке из теплоизолирующего материала. Термопара измеряет температуру конуса Та; кроме того, зонд снабжен дополнительной термопарой в державке, определяющей температуру Ть, необходимую для оценки теплооттока от конуса. В идеальном случае термопара конуса должна показывать адиабатическую температуру стенки, соответствующую локальным условиям течения, которая прямо пропорциональна локальной температуре торможения:

ном приближении. При таком рассмотрении делается невозможным детальный анализ поведения элементов реакторного контура в начальный период быстрого снижения давления. Этот период по времени длится очень недолго и заканчивается в течение 50 — 100 мкс с момента нанесения возмущения разрыва. В течение этого периода времени давление изменяется от номинального до давления насыщения, соответствующего локальной температуре данного элемента реакторного контура, а амплитуда волн разрежения и сжатия уменьшается до пренебрежимо малых значений. Волны разрежения возникают в месте разрыва и распространяются с местной скоростью звука. Если встречается увеличение (или уменьшение) площади канала на пути волны разрежения, то часть волн разрежения отражаются и распространяются по реакторному контуру как волны сжатия'. Поскольку они появляются в разных областях контура в различное время, то на внутрикорпусных устройствах реактора, внутренних деталях парогенератора, на отдельных участках трубопроводов возникают значительные динамические нагрузки. Очень важно уметь прогнозировать эти нагрузки. Если динамические нагрузки достаточно велики, то волны возмущения могут вызвать упругие деформации конструкций с их вторичным влиянием на поток. Наиболее корректные из существующих расчетных моделей предполагают решение описанных динамических задач с помощью метода характеристик. Однако и эти модели построены с учетом особенностей каждого из рассматриваемого состояний теплоносителя в целях принятия упрощающих допущений. Попытка демонстрации применения метода характеристик к анализу динамических процессов, происходящих в теплоносителе реакторного контура, в обобщенном виде для любого состояния (идеальный, реальный газ, жидкость и их однородная смесь) была предпринята в [55]. В настоящей работе этот подход получил свое дальнейшее развитие.

Краткое содержание. Разностный метод применен для расчета касательного напряжения и температуры пограничного слоя в функции координаты х и скорости и, параллельной стенки. Градиент давления и распределение температур вдоль стенки принимались как непрерывные конечные функции координаты х. Плотность и коэффициент вязкости определялись по локальной температуре пограничного слоя.

турного скачка b удобно ввести в рассмотрение параметр температурного скачка Ь*, который определяется по отношению к локальной температуре факела на границе со стенкой.

Обработка результатов измерений. Результаты экспериментального исследования локальной теплоотдачи при естественной конвекции на поверхности вертикального цилиндра так же, как и в случае горизонтального цилиндра, могут быть представлены критериальным уравнением (10.14)

Из анализа уравнения (9.4) следует, что для определения коэффициента теплоотдачи по длине трубы необходимо знать изменение интенсивности закрутки потока Ф» и числа Re^ вдоль канала. Следовательно, динамическая и тепловая задачи в данном случае должны решаться совместно. Для квазийзотермичес-ких условий.закономерности трансформации Ф* и Re^ по длине трубы могут рассчитываться по уравнениям, полученным в гл. 2. В настоящее время в литературе опубликованы отдельные результаты, посвященные изучению локальной теплоотдачи при начальной закрутке лопаточными завихрителями [50]. Однако, их практическая ценность в значительной степени снижается, вследствие двух основных причин.

2 Уравнение (4-29) выводится из соотношения для локальной теплоотдачи (4-27). Этот вывод содержится, например, в [Л. 31, 49, 50].

1 Уравнение (4-29) выводится из соотношения для локальной теплоотдачи (4-27). Этот вывод содержится, например, в [30, 49, 50].

Обтекание плоской пластины, сфгр и цилиндров. При ламинарном обтекании жидким металлом плоской пластины расчет локальной теплоотдачи на расстоянии х от начала обтекания производится по формуле

<5очий участок, можно рассчитать изменение температуры ртути tf по длине рабочего участка по изменению ее теплосодержания. Таким образом, получены все необходимые данные для расчета локальной теплоотдачи Nibi- За определяющую температуру принималась средняя температура ртути.

Изменение локальной теплоотдачи по длине трубы, измеренное в опытах, представлено на фиг. 4 в виде зависимости Мил=ф(Ре). Результаты измерений даны в табл. 2.

На фиг. 5 представлены результаты опытов по измерению локальной теплоотдачи с учетом коэффициента е*. Как видно, согласование с формулой (1) удовлетворительное. Максимальное отклонение экспериментальных точек не превышает 10%.

Для доказательства этого рассмотрим в качестве примера длинную цилиндрическую прямую трубу с изотермической стенкой. Пусть *о — длина начального участка для локальной теплоотдачи, а условия входа жидкости в эту трубу таковы, что локальный коэффициент теплоотдачи а на начальном участке монотонно уменьшается вдоль потока и при х^х0 принимает стабилизированное значение <х0. Найдем величину отношения aj /«о-

точки не выходят на горизонталь, а при числах Ре<300 наблюдается резкое падение теплоотдачи. На рис. 5.15 показаны результаты этой работы для локальной теплоотдачи на входном участке в зависимости от критерия Ре •—• (х —

сокое значение температуры внутренней поверхности трубки. Этот факт авторы объясняют наличием некоторого термического сопротивления на границе раздела жидкость — твердое тело. Результаты опытов для локальной теплоотдачи при — = 138 показаны на рис. 5.24, а результаты расчетов