Однофазного теплоносителя

Линии /П2п2 и тяпя и др., соединяющие составы фаз, находящихся в равновесии, называют конодами. Если точка, которая показывает состав сплава при данной температуре, попадает в область однофазного состояния (например, на рис. 57, а выше линии ликвидус или ниже линии солидус), то количество данной (разы (по массе) составляет 100 %, а ее состав соответствует исходному составу сплава.

Размерная стабильность коррелирует с термодинамической устойчивостью однофазного состояния сплава в условиях облучения — из сплавов Fe — Cr — Ni наименьшей склонностью к распуханию при данной температуре облучения обладают сплавы, находящиеся в однофазной области; изменение химического состава, вызывающее переход в двухфазную область, приводит к увеличению склонности сплава к радиационному распуханию. Максимальной склонностью к распуханию обладают сплавы, находящиеся в трех фазной области [56, ПО].

В области однофазного состояния (перегретый пар) цикл Карно в обычном своем виде неосуществим, и здесь для того, чтобы поддерживать температуру Т ниже Г0. (см. рис. 43 ж), необходимо после расширения (точка 5) получать более низкую температуру Т$<Т. В результате затрачивается большая работа, чем в цикле Карно> и данный теоретический цикл, даже при условии изо-

Как известно, при переходе вещества из однофазного состояния в двухфазное (и обратно) скорость звука изменяется скачком (см., например, [Л. 28]. Выясним величину скачка, сопровождающего переход парожидкост-ной среды в область газообразных состояний.

Примером первого («однофазного») состояния является, как упоминалось выше, большинство случаев псевдоожижения слоя частиц капельными жидкостями.

равновесия жидкой и паровой фаз. Оканчивается кривая критической точкой. Выше и ниже этой кривой фазового равновесия расположены области однофазного состояния вещества, причем вещество в состояниях, соответствующих точкам над кривой (точка А на рис. 1-3), находится в жидкой фазе, а ниже кривой (точка D на рис 1-3) — в состоянии паровой (газообразной) фазы. При изменении состояния вещества от А к D (рис. 1-3) в точке В происходит распадение вещества на две фазы и постепенно одна фаза переходит в другую. Таким образом, фазовый переход, который в диаграмме р—v изображается линией (прямая В—С на рис. 1-2), в диаграмме р—t изображается точкой. На кривой насыщения свойства вещества изменяются скачком: при давлении чуть выше давления насыщения рн вещество является жидкостью, а при давлении чуть ниже рн — паром.

Линии тп и тхпх и другие, соединяющие состав фаз, находящихся в равновесии, называют конодами. Если точка, которая показывает состав сплава при данной температуре, попадает в область однофазного состояния, например на рис. 37 выше линии ликвидус или ниже линии солидус, то количество данной фазы (по массе) составляет 100 %, а ее состав соответствует исходному составу сплава.

Технологический процесс включает ряд операций: подготовку исходного материала, волочение, термическую обработку, покрытие и отделку. Исходным материалом для производства стальной проволоки является катанка диаметром от 5 до 15 мм в бунтах массой до 600 кг. Перед волочением катанку подвергают травлению для удаления окалины с поверхности. Наряду с травлением в кислотных растворах окалину с поверхности катанки удаляют также механическим или электрохимическим способом. При производстве высокопрочной проволоки из сталей типа ЗОХГС, 50ХФ и др. катанку подвергают патентированию. Патентирование заключается в нагреве стали до температуры однофазного состояния аустенита, выдержке в соляном растворе при 450—550 °С и охлаждении на воздухе. Сорбитная структура, полученная после патентирования, улучшает механические свойства катанки — повышается пластичность и прочностные характеристики металлов. Силы трения в зоне контакта металла с каналом волоки являются вредными, препятствующими повышению эффективности процесса. Для уменьшения коэффициента трения поверхность катанки подвергают меднению, фосфатированию, желтению, известкованию. Перед подачей в волочильную машину бунты катанки укрупняют на стыкосварочной машине. Перед задачей в волоку конец катанки заостряется на острильных станках. Операция острения может проводиться перед задачей в каждую волоку, если волочение осуществляется через несколько волок.

Линии mznz и т3п3 и др., соединяющие составы фаз, находящихся в равновесии, называют конодами. Если точка, которая показывает состав сплава при данной температуре, попадает в область однофазного состояния (например, на рис. 57, а выше линии ликвидус или ниже линии солидус), то количество данной фазы (по массе) составляет 100 %, а ее состав соответствует исходному составу сплава.

Сплавы этой системы подвергают термомагнитной обработке, которая состоит из нагрева до 1280-1300 °С, выдержки при этой температуре для получения однофазного состояния, быстрого охлаждения до 900 °С с последующим медленным охлаждением в магнитном поле с Нс - 160-280 кА/м. Затем проводится отпуск при 560-630 °С, длительность которого определяется маркой сплава. В процессе охлаждения при 900—650 °С в магнитном поле анизотропные по форме выделившиеся частицы фазы с высоким магнитным насыщением располагаются своей длинной осью в направлении, параллельном вектору напряженности магнитного поля.

Из правила фаз следует, что в двойной системе при постоянном давлении не может одновременно существовать более трех фаз. Это возможно при С = 0(Ф = 2 + 1). Три фазы могут существовать только при определенных составе фаз и температуре. Если в двойной системе число фаз больше трех, это значит, что сплав не находится в равновесном состоянии либо неправильно определено число фаз или компонентов. Для однофазного состояния правило фаз не применяют.

Для теплового и гидравлического расчетов разнообразных тепло-обменных устройств с пористыми элементами необходимо иметь информацию о механизме и интенсивности теплопереноса и гидравлическом сопротивлении при движении однофазного теплоносителя и теплоносителя с фазовыми превращениями в проницаемых матрицах различной структуры. Характер этих процессов в каждом конкретном случае зависит от геометрии устройства, условий подвода и направления потоков теплоты и теплоносителя.

Систематизированы данные по гидравлическому сопротивлению и теплообмену при движении однофазного теплоносителя в пористых материалах. Представлены результаты оригинальных исследований структуры, теплообмена и гидравлического сопротивления двухфазного потока теплоносителя, испаряющегося в пористых нагреваемых металлах.

Этот метод интенсификации позволяет с помощью однофазного теплоносителя охлаждать сплошную стенку, подверженную воздействию больших тепловых потоков, например при конвективном охлаждении стенок ракетных двигателей (рис. 1.8) и лопаток их газовых турбин, элементов электронной аппаратуры и других теплонапряженных устройств. В частности, за счет охлаждения прокачкой воды через проницаемую подложку может быть обеспечена надежная работа лазерного отражателя. Такой способ охлаждения в настоящее время — единственный при малых размерах или сложной форме нагреваемых конструкций, в которых невозможно выполнить каналы для охладителя. Например, лопатки малых газовых турбин ракетньп: двигателей с максимальной толщиной профиля порядка 3 мм, хордой около 2 см и длиной от 1 до 2 см обычно не охлаждаются, что ограничивает температуру газового потока и эффективность таких турбин. Изготовление лопаток из волокнистого металла 1 (рис. 1.9), покрытого снаружи тонким герметичным слоем керамики 2 и охлаждаемого продольным потоком газа, вытекающего через вершину, позволяет снять эти ограничения.

ОДНОФАЗНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПОРИСТЫХ МАТРИЦАХ

ного теплообмена при движении однофазного теплоносителя в пористых металлах. Обозначения соответствуют данным табл. 2.4

движении однофазного теплоносителя в пористых металлах (использован поверхностный коэффициент теплоотдачи ар). Обозначения соответствуют данным табл. 2.5 и 2.6

5.1. ТЕПЛОПЕРЕНОС ПРИ ТЕЧЕНИИ ОДНОФАЗНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Постановка задачи. Физическая модель процесса приведена на рис. 5.1. Канал постоянного поперечного сечения (плоский— шириной 5 или круглый - диаметром б), по которому движется поток однофазного теплоносителя, заполнен пористым высокотеплопроводным материалом. Подвод теплоты происходит с внешней стороны пористого элемента. Проницаемая матрица имеет совершенные тепловой и механический контакты со стенками, является изотропной с одинаковым по всем направлениям коэффициентом теплопроводности X. Теплопроводность теплоносителя Хт мала по сравнению с X (что определяется самой сутью метода), а его теплофизические свойства постоянны. Поэтому при входе теплоносителя в пористый материал устанавливается плоский однородный профиль скорости, который в дальнейшем сохраняется неизменным, а удельный массовый расход по поперечному сечению канала остается постоянным G = const. На входе в матрицу температура потока t0 постоянна и отсутствует тепловое воздействие на набегающий теплоноситель вследствие его пренебрежимо малой теплопроводности. Интенсивность Av объемного внутрипорового теплообмена велика, но все-таки имеет конечное значение, поэтому начиная с определенного уровня подводимого к стенке канала внешнего теплового потока разность Т - t температур пористого материала и теплоносителя становится заметной и постепенно возрастает.

Выясним, как изменяются средние коэффициенты теплообмена a*/ Oj и гидравлического сопротивления ?*/? на входном участке длиной / плоского канала шириной 5 при движении однофазного теплоносителя теплопроводностью \ и числом Ргт в результате заполнения канала пористым материалом теплопроводностью X, имеющим вязкостный а и инерционный /3 коэффициенты сопротивления и средний размер частиц d4, Массовый расход теплоносителя G и число Рейнольдса потока Re = = G5/ (л остаются неизменными.

Глава 2. Сопротивление и теплообмен при движении однофазного теплоносителя в пористых матрицах.............................. lg

5.1. Тегоюперенос при течении однофазного теплоносителя........ 96