Отзыв оппонента 2 (Исследование процессов теплообмена при охлаждении высокотемпературных тел в недогретых жидкостях)

официального оппонента на диссертационную работу Забирова Арслана Руслановича кИсследование процессов теплообмена при охлаждении высокотемпературных тел в недогретых жидкостях», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — «Теплофизика и теоретическая теплотехника» 1. Актуальность темы исследования Одна из важных, но нерешенных задач современного теплообмена связана с изучением причин аномально высокого увеличения теплоотдачи в режимах пленочного кипения недогретой жидкости. Успешное решение данной проблемы, подразумевающее более глубокое понимание механизмов протекающих процессов, позволило бы существенным образом оптимизировать конструкции и существенным образом расширить температурные диапазоны применения современных теплообменных аппаратов, а также повысить их эффективность. Поэтому актуальность темы представленной работы, посвященной изучению физических механизмов кипения недогретой жидкости, не вызывает сомнения.

2. Научная новизна положений, результатов и выводов, сформулированных в диссертации Автором Забировым Арсланом Руслановичем: 2.1. Разработан и создан оригинальный экспериментальный стенд, позволяющий изучать особенности кипения различных жидкостей на образцах, изготовленных из разных материалов, в широких диапазонах изменения температур нагретых тел и охпадителя.

2.2. Получены новые опытные данные по охлаждению в режимах пленочного и переходного кипения металлических (никель, нержавеющая сталь) шаров в перфторгексане, изопропиловом и этиловом спирте. Эксперименты проведены в широком ~до 160 К) диапазоне недогревов охладителя при атмосферном и избыточном (до -1.0 МПа) давлении, Температура нагретых тел достигала 450 С. Выявлено, что для указанных жидкостей и температурных условий имеет место отсутствие неустойчивого 1по терминологии автора) режима пленочного кипения, характеризующегося относительно высоким значением коэффициента теплоотдачи.

2.3. Предложено уточненное с двумя эмпирическими численными коэффициентами уравнение теплообмена при пленочном кипении недогретой жидкости, результаты расчетов по которому совпадают с экспериментальными данными автора и других исследователей. 2,4. Получен обширный массив новых экспериментальных данных по охлаждению шаров из нержавеющей стали, никеля и меди в воде при изменении температуры охладителя и внешнего давления в диапазонах 10- 90'С и 0.1 - 1.0 МПа, соответственно. Установлена возможность возникновения режима неустойчивого пленочного кипения для всех указанных материалов и значений давления. Показано, что подобный режим имеет место только при значительных значениях недогрева охладителя (для воды прн атмосферном давлении недогрев должен превышать 25 К). 2.5.

На основе анализа волнового движения гравитационных пленок, выполненного П.Л. Капицей, предложен новый критерий перехода к волновому течению жидкости на поверхности паровой пленки. Выдвинуто и обосновано предположение, что именно подобные волны могут быть причиной возникновения особого режима пленочного кипения с повышенной теплоотдачей. 3. Практическая ценность работы и реализация ее результатов Полученная в диссертации новая экспериментальная информация по особенностям теплообмена при пленочном кипении недогретых жидкостей позволяет создать уточненные инженерные соотношения для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях, характерных для технологических процессов закалки в машиностроении и металлургии.

Предложенная качественная теория соприкосновения охлади теля с перегретой поверхностью может быть использована для разработки новых теоретических подходов, предназначенных для предотвращения паровых взрывов в атомной энергетике, металлургии и химической промышленности. 4. Степень обоснованности и достоверности положений, выводов и заключений, сформулированных в диссертации Обоснованность и достоверность основных результатов и выводов диссертации подтверждаются: ° использованием современных высокоточных методов измерений: е сравнением результатов с имеющимися данными и корреляциями других исследователей. 5.

Оценка структуры и содержании диссертации Диссертационная работа состоит нз введения, четырех глав, основных выводов, двух приложений и списка библиографических ссылок из 72 наименований. Общий объем работы составляет 200 страниц, включая 8 таблиц и 133 иллюстрации. Во введении обоснована аитуеианоста выбранной темы лиссертании, а также сформулированы цель и задачи исследований. В главе 1 дан углубленный обзор современного состояния проблем пленочного режима кипения как насыщенной, так и недогретой жидкости.

Указано, что существует особый режим кипения, характеризующийся высокими значениями коэффициента теплоотдачн (КТО) в условиях, когда прямой контакт жидкость-стенка невозможен (Тб > Т ). Показано, что в настоящее время отсутствует не только количественная теория теплообмена при пленочном кипении сильно недогретой жидкости, но и достоверное объяснение в подобных условиях высокой интенсивности переноса тепла между перегретой твердой поверхностью и охладителем. Там же на основе проведенного анализа литературы сформулированы основные задачи исследования. В главе 2 приводится описание экспериментального стенда и методики измерений, а также анализируются основные теплофизические свойства охлаждающих жидкостей и материалов опытных образцов.

Стенд рассчитан на проведение опытов в интервале давлений от 0.1 до 1.0 М??а и температур охлаждающей жидкости от -80'С до 100'С; температура рабочих участков не превышает 1000'С. В качестве охлаждающих жидкостей используются вода, спирты и фторуглероды, а рабочие образцы (шары диаметром от ЗО до 50 мм) изготовлены из нержавеющей стали, никеля и меди. Основные температурные измерения в диссертации выполнены с помощью термопар в программной среде ЬаЬчеи.

В качестве вторичной аппаратуры использовались приборы фирмы Ха1?опа1?пз1гцшеп1з, В главе также приведены результаты наладочных опытов и достоверные методики расчетов коэффициентов теплоотдачи и тепловых потоков, необходимые для верной интерпретации экспериментальных данных. В главе 3 приведены результаты большого числа (-100) экспериментов по исследованию особенностей пленочного кипения сильно недогр етых спиртов и перфторуглерода.

Было показано, что устойчивое пленочное кипение (с относительно малым значением КТО) является основным режимом кипения подобных жидкостей. Проведенные эксперименты не выявили наличия, так называемого, микропузырькового режима кипения. Обнаружена сильная зависимость характеристик кипения от состояния поверхности теплообмена. В главе также приведены теоретические результаты уточнения приближенного уравнения теплообмена при пленочном кипении недогретой жидкости с двумя эмпирическими коэффициентами.

Результаты расчетов с использованием выведенного уравнения согласуются с экспериментальными данными автора и других исследователей. Глава 4 посвящена описанию результатов экспериментального исследования неустойчивого режима пленочного кипения. В качестве охладителя использовалась дистиллированная вода. Было установлено наличие интенсивного режима пленочного кипения для всех материалов образцов при всех давлениях. Необходимое условие — вода должна быть сильно недогрета 1больше 25К для атмосферного давления). Представлены результаты оценки значений коэффициента теплоотдачи, а также тепловых потоков, рассчитанных на основании полученных экспериментальных данных и решения одномерной обратной задачи теплопроводности.

Показано, что в условиях пленочного кипения тепловые потоки могут достигать мегаваттных значений. Установлено, что рост внешнего давления и уменьшение теплопроводности образца приводят к увеличению значений теплоотдачи и тепловых потоков, В главе также описана, разработанная автором качественная физическая модель исследуемого процесса, позволяющая определить критерий перехода к волновому течению жидкости на межфазной границе. Выдвинуто предположение, что наличие волнового движения может быть причиной возникновения интенсивного режима пленочного кипения, Ф Ю"" стенда, а также сведения о применяемых термопарах и рабочей жидкости— пер фторгек сане.

б. Апробация работы и подтверждение опубликования основных положений и результатов Основные положения и результаты работы обсуждались на 11 научных Российских и международных конференциях. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 публикации, попадающие под требования Научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.

Автореферат и опубликованные работы в полной мере отражают содержание диссертации и полученные автором основные результаты. 7. Основные замечании по работе 7.1. В литературном обзоре, к сожалению, отсутствует анализ важных работ непосредственным образом связанных с темой диссертации и посвященных взаимодействию капель с нагретой поверхностью.