Пульсации температуры

Пульсации температур объ-

При проведении эксперимента обнаружилась интенсивная пульсация температур на спинке профиля в косом срезе (точки 11—13) и на вогнутой поверхности (точки 2—4). Можно предположить, что пульсации температур в этих областях обусловлены неустойчивостью пленок в диффузорном участке косого среза на спинке и в точках минимальных скоростей на вогнутой поверхности. Очевидно, что кривые распределения температур на участках пульсаций не отражают действительного изменения осредненных температур, так как измерения производились инерционными термопарами.

В связи с полным отсутствием каких-либо данных по структуре нестационарного потока в пучках витых труб в настоящем разделе кратко остановимся на структуре нестационарных турбулентных потоков в трубах. Обзор состояния вопроса изложен в работе [26]. Из более поздних работ следует отметить монографии [5, 33], работы, в которых изучались профили скоростей и их пульсаций при ускорении и замедлении потока в трубах [2, 23, 29, 53, 54, 58], пульсации температур при изменении расхода жидкости [44], нестационарные коэффициенты гидравлического сопротивления [ 7, 30].

ных труб. Значительные температурные напряжения возникают на ускоренных растопках и аварийных остановах. На конечном этапе растопки и на номинальном режиме значительные температурные напряжения имеют место только в зоне очков водоспускных труб. Результаты тензометрических и термометрических исследований барабанов котлов показали, что наиболее нагружена при эксплуатации внутренняя поверхность барабана. Важно отметить, что пульсации температур в зоне очков водоспускных труб (см. рис. 3.4) вызывают на внутренней поверхности барабана циклические растягивающие напряжения. Возникновение их обусловливается периодическим смыванием нагретой внутренней поверхности менее нагретой водой. При этом на начальном этапе-растопки (/? = 1,5 МПа) внутренняя поверхность нагружена

В ПГ, у которых пароперегреватель размещается в отдельном корпусе (где осуществляется опускное движение пара) и устанавливается рядом с корпусом экономайзера-испарителя (где движение пара подъемное), к моменту окончания пуска необходимо сместить зону испарения из пароперегревателя в зону экономайзера-испарителя. Перемещение зоны испарения в пароперегреватель возможно при значительном избытке площади теплопередающей поверхности (рис. 1.6), в этом случае испарение будет происходить при опускном движении пароводяной среды. Кипение при опускном движении и перемещение зоны испарения в зону экономайзера-испарителя могут быть процессами неустойчивыми, вследствие чего могут возникнуть пульсации температур в коллекто-

во всех случаях неочевидна. Кроме того, его экспериментальное получение [11] не намного проще определения скорости горения. Наконец последняя группа работ, на которой следует остановиться, работы Л. А. Вулиса [12—14], Г. Н. Абрамовича [15, 16] и других авторов, в которых не принимаются во внимание пульсации температур в различных точках турбулентного факела пламени. При этом оказывается возможным решать различные, часто очень сложные задачи о горении газовых струй (диффузионное горение). Но кажется, что колебание температуры и других параметров в фиксированных точках факела очень важно и не может игнорироваться при построении способов расчета турбулентного горения. Недавние эксперименты И. В. Беспалова [17], доложенные на Первом симпозиуме по горению и взрыву, показали, что и в диффузионных факелах пульсации температур имеют очень большую амплитуду. Поэтому при пренебрежении пульсациями параметров для определения средней скорости реакции \ Q (Т)У допускается большая погрешность. На это обстоятельство обращали внимание Я. Б. Зельдович [18], Л. А. Вулис [19] и А. Г. Прудников [20]. Однако подчас это игнорируется.

На рис. 6 приведены фотографии пламени у плоской проницаемой стенки, полученные методом теневой фотографии с подсветом искровым разрядом (экспозиция т ^ 3-1СГ5 -~ 5-1СГ5 сек). Видно, что зона горения неоднородна, состоит из хаотически переплетенных поверхностей и очагов горения, пронизывающих более холодные объемы газа. Такая структура зоны горения качественно подтверждается также результатами измерения температуры газа при помощи малоинерционного термометра сопротивления. На рис. 7 дана типичная осциллограмма изменения температуры пламени, измеренная в пористой трубе диаметром 50 мм (х = = 400 мм), на расстоянии 5 мм от стенки. Пульсации температур с разными амплитудами и частотами указывают на то, что термометр сопротивления в данной точке пограничного слоя поочередно омывается объемами газов разных размеров и разных температур, изменяющихся в широких пределах от средней величины.

Часто колебания температур возникают в месте раздела фаз как из-за колебаний уровня, так и при выпадении влаги на обогреваемую поверхность. Но, пожалуй, наибольшую опасность вызывают пульсации температур, обусловленные изменением условий теплоотдачи и наблюдаемые при кризисах кипения. Как известно, при определенном соотношении режимных параметров (тепловой поток, массовая скорость, давление) может наступить кризис теплообмена [14], который проявляется в отделении жидкой фазы от поверхности нагрева, ухудшении (снижении) теплоотдачи и, как следствие, резком повышении температуры поверхности. Изучению скачков температуры при кризисе теплообмена и определению коэффициентов теплоотдачи в закризисной области посвящено большое количество экспериментальных работ (например, [39,51]).

Наиболее характерным примером являются пульсации температур в прямоточных парогенераторах обычных и атомных электростанций в зоне перехода к ухудшенному теплообмену. При этом происходит смена режимов течения пароводяной среды (или кризис теплообмена второго рода [14]). Дисперсно-кольцевой режим течения, при котором по стенке трубы течет выпаривающаяся пленка жидкости, а в ядре потока - пароводяная смесь, сменяется дисперсным режимом. Этот переход сопровождается изменением теплоотдачи и происходит на определенном участке парогенерирующей трубы, где возникают пульсации температур поверхности вследствие попеременного ее охлаждения либо перемещающимися ручейками жидкой пленки, либо паром (см., например. [10, 11, 20, 27, 47, 50, 51]).

Как следует из результатов экспериментальных исследований, чаще всего максимальные пульсации температур распространяются с одной из поверхностей. В качестве примера рассмотрим температурные напряжения в трубе прямоточного парогенератора в зоне перехода к ухудшенному теплообмену. При этом максимальные пульсации температур возникают на парогенерирующей поверхности.

Для определения температурных напряжений необходимо найти распределение температур в стенке, на одной из поверхностей которой задают пульсации температур, а на другой имеет место теплообмен с греющим теплоносителем при постоянном коэффициенте теплоотдачи. Для этого необходимо решить уравнение теплопроводности

давлением-. 20 кПа и при д = = 72,4 кВт/м2 [187]. Здесь с помощью малоинерционной термопары зарегистрированы пульсации температуры в-пристенной области: кривые 1 и 3 характеризуют соответст-

Наряду с пульсациями температуры жидкой фазы при кипении всегда наблюдаются пульсации температуры теплоотдающей поверхности. Эти температурные флуктуации жидкости и стенки объясняются цикличностью работы каждого центра.

Пульсации температуры возникают как вследствие неупорядоченности движения ручейков жидкости и пара около стенки в пределах элемента трубы, на протяжении которого происходит упаривание пленки, так и вследствие периодических смещений (вверх и вниз по ходу потока) сечения, в котором паросодержание достигает значения хгр. По опытным данным автора [142], полученным при рш = 250ч-1000 кг/(м'2-с), протяженность зоны пульсаций температуры зависит от массовой скорости, давления, плотности теплового потока и паросодержания на входе в трубу. В большинстве опытов она колебалась от 30 до 60 мм. Максимальная интенсивность пульсаций наблюдается в начале зоны ухудшенной теплоотдачи.

Как уже отмечалось, в процессе упаривания жидкой пленки могут возникать значительные пульсации температуры поверхности трубы, являющиеся причиной появления усталостных трещин. Поэтому в целях повышения срока службы и надежности работы паро-генерирующих труб рекомендуется не допускать разности температур между стенкой и средой в зоне ухудшенного теплообмена более чем 80°С. Массовые скорости рш потока, обеспечивающие эту разность температур, могут быть выбраны по графику, приведенному на рис. 12.16 [195].

Хотя в момент кризиса теплообмена температура стенки обычно не превышает допустимых значений, тем не менее возникающие лри этом пульсации температуры и появление вследствие этого усталостных трещин в стенке трубы заставляют искать возможности интенсификации теплообмена в закризисной области (при х> >л:°гр, хтр+) . В § 12.1 было показано, что применение капиллярно-пористых покрытий в ряде случаев позволяет существенно повысить значение граничного паросодержания Ар, т. е. расширить область бескризисных режимов.

' При пульсациях скорости происходит перенос механической энергии. Если в потоке имеет место разность температур, то пульсации скорости приводят и к переносу теплоты, вследствие чего возникают пульсации температуры (рис. 4-9). Температура в определенной неподвиж-. ной точке турбулентного потока колеблется около некоторого ср_еднего во времени^значения t. Пульсация температуры t' связана с t и it уравнением t = t + t'. .

§ 8.6. Пульсации температуры теплоотдающей стенки .... 293

Успешная эксплуатация ядерных реакторов во многом определяется полнотой и надежностью теплофизического обоснования. По сути дела в реакторостроении создалось новое направление—теплофизика ядерных реакторов, которая наряду с традиционными вопросами гидродинамики и теплообмена изучает процессы, вызываемые или связанные с движением теплоносителя в неизотермических условиях (массообмен, вибрации, пульсации температуры в стенке, термомеханические эффекты и т. п.).

Остановимся на некоторых слабых сторонах электродугового нагрева газа. Газовый поток загрязняется продуктами эрозии электродов (концентрация загрязнений достигает нескольких десятых процента). Диаметр полученных струй на сегодняшний день недостаточен, а их параметры неоднородны. В струе имеют место пульсации температуры, плотности, скорости и др., распределение этих параметров по сечению 314 потока недостаточно хорошее. Но, несмотря на это, газодинамические

Одной из причин, вызывающих увеличение теплового потока в окрестности точки торможения модели, обтекаемой дозвуковым потоком, может быть турбулизация потока. В высокотемпературных струях, получаемых с помощью электродугового нагрева, причиной турбулизации потока может быть способ нагрева газа электрической дугой. Например, пульсации температуры и давления в струе могут происходить из-за колебаний электрических параметров. На рис. 11-9 приведены результаты работы [Л. 11-27], где исследовалось влияние степени турбулентности т набегающего на модель дозвукового потока на интенсивность

К настоящему времени имеется довольно значительное число работ [16—22], освещающих различные аспекты теплообмена в гладкотрубных пучках, омываемых поперечным потоком жидко-металлических теплоносителей. В табл. 7.2 приведены основные параметры этих экспериментов. Исследования проводились на различных теплоносителях в широком диапазоне параметров. Это позволило получить достаточно надежные сведения об особенностях процесса, в частности о зависимости средней теплоотдачи от скорости потока, конфигурации пучков, физико-химических условиях на поверхности теплооб1мена, распределении теплоотдачи по периметру труб, пульсации температуры стенки во времени и др.

Рекомендуем ознакомиться:

Промышленное внедрение

Промышленного назначения

Промышленного предприятия

Промышленного строительства

Промышленному внедрению

Промышленном водоснабжении

Промышленность располагает

Промышленность выпускала

Промышленности используют

Промышленности показывает

Меню:

Главная страница Термины