Отзыв оппонента 2 (Экспериментальное исследование теплообмена при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких и оребренных трубах)

111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, л. ! 7„коро, Т. Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ». Ученому секретарй) диссертационного совета Д 212.157.04 к,т.н. Ястребову Л.К. отзыв официАльного оппонкнтА на диссертационную работу Чпндякова Андрея Анатольевича, выполненную на тему: «Экспериментальное исследование теплообмена при псевдокапельной конденсации паровой смеси вода-этанол на гладких п оребренных трубахн, представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — Теплофизнка и теоретическая теплотехника Актуальность темы диссертации обусловлена задачей по снижению массогабаритных характеристик теплообменных аппаратов, предназначениых для КОиденсации водянОго пара.

В настоящее время известен щирокий спектр способов интенсификации теплоотдачи при пленочной конденсации, о которых сказано в рассматриваемой работе. Существенное увеличение интенсивности теплоотдачи происходит при переходе от пленочного режима конденсации к капельному. Однако необходим~ст~ применения гидрофобизаторов ограничивает практическое применение капельной конденсации, В то же время известно, что при конденсации некоторых бинарных паровых смесей возможен переход от пленочного режима конденсации к псевдокапельному, который реализуется на смачиваемой поверхности теплообмена, т.е. для его создания не требуется применять гидрофобизаторы.

Недавно выполненные исследования показали, что в определенных условиях при псевдокапельной конденсации паровых смесей возможно получение таких же высоких коэффициентов теплоотдачи, как при «классической» капельной конденсации. Для практического применения этого нового способа интенсификации теплообмена требуется проведение экспериментальных исследований при псевдокапельной конденсации паровых смесей на трубах и получение зависимостей для расчета теплоотдачи на основе опытных данных. В связи с этими обстоятельствами мы приходим к выводу о безусловной актуальности темы диссертации Чиндякова А,А. Целью работы является экспериментальное исследование теплообмена при конденсации практически неподвижной паровой ~меси вода-этанол трубах, визуализации гидродинамики течения конденсата при значительном влиянии на него эффекта Марангони и получение критериальных зависимостей для расчета теплоотдачи путем обобщения опы гных данных.

Структура и содержание работы В главе 1 рассмотрено состояние вопроса о псевдокапельной конденсации паровых смесей взаиморастворимых жидкостей ~конденсации Марангони) — это весьма сложный физический процесс, который лишь недавно начали детально изучать в нескольких научных лабораториях мира. Для организации процесса псевдокапельной конденсации не требуется применение лиофобизаторов, что открывает перспективы ее практического применения (с неограниченным временем функционирования).

Показано, что при псевдокапельной конденсации движущейся паровой смеси водаэтанол на вертикальной пластине для весьма малой массовой концентрации легкокипящего компонента в паровой смеси были получены коэффициенты теплоотдачи в 8 раз выше, чем при пленочной конденсации пара. Значительное увеличение коэффициента теплоотдачи при переходе от пленочного режима конденсации паровой смеси к псевдокапельному режиму отмечено и в опытах, где в качестве поверхности теплооб мена использовались вертикальные и горизонтальные гладкие трубы. Отмечено, что практически все исследования теплоотдачи при псевдокапельной конденсации были проведены в условиях вынужденного движения паровой смеси, а имеющийся в литературе весьма ограниченный экспериментальный материал по конденсации практически неподвижных паровых смесей в режимах, отличных от пленочного, был получен только на горизонтальной гладкой трубе и при относительно высоких концентрациях низкокипящего компонента в смеси.

Кроме того, полностью отсутствуют экспериментальные данные по теплоотдаче при псевдокапельной конденсации практически неподвижных паровых смесей на вертикальных гладких трубах. Псевдокапельная конденсация паровых смесей на оребренных горизонтальных трубах ранее не изучалась. Обобщающие зависимости, предназначенные для расчета теплоотдачи при псевдокапельной конденсации паровых смесей, в литературе отсутствуют. В конце первой главы формулируются цели и задачи диссертационной работы.

Глава 2 посвяшена описанию экспериментальной установки, системы автоматизации эксперимента и методов обработки опытных данных. Для определения коэффициентов теплоотдачи использовались два метода: прямой — для гладких труб и «косвенный» вЂ” для оребренных труб. Экспериментальный стенд и рабочие участки грамотно спроектированы и изготовлены. Например, для фиксации длины трубки, на которой реализуется конденсация паров, предусмотрены термостатирующие втулки из фторопласта, Автоматизация стенда для управления экспериментом, сбором и обработки опытных данных выполнена на современном уровне.

Принципиальным вопросом при обработке опытных данных по конденсации бинарных смесей является необходимость точного определения состава смеси, для чего автор работы использовал призматический рефрактометр. Следует отметить, что в работе уделено значительное внимание удалению воздуха из контура, т.к, даже малое его количество может существенно снизить теплоотдачу. Согласование опытных данных по конденсации чистого водяного пара с результатами расчета по теории Нуссельта подтверждает приемлемую точность экспериментов. Оценка относительных погрешностей определения коэффициентов теплоотдачи, проведенная автором рассматриваемой работы, показала, что они не превышают (8-10)',4 для прямого определения коэффициента теплоотдачи.

Относительная погрешность определения «косвенным» методом коэффициента теплоотдачи на ниспадающей части кривой конденсации не превышает 15',4. В главе 3 представлены результаты опытов по конденсации паровой смеси вода-этанол на наружной поверхности гладких труб (горизонтальной и вертикальной). Опытные данные по теплоотдаче при конденсации чистого водяного пара в пределах 10'.4 согласуются с расчетом по формуле Нуссельта. При конденсации паровой смеси вода-этанол на горизонтальной трубе с ростом ЛТ коэффициент теплоотдачи сначала увеличивается, проходит через максимум, а затем уменьшается, приближаясь к рассчитанному для пленочной конденсации смеси по теории Нуссельта. При с,,=0,8',4 и ЛТ=5К на горизонтальной трубе было получено максимальное значение коэффициента теплоотдачи, которое составляло 42 кВт/(м"К), т.е.

было в 2,3 раза выше, чем при конденсации чистого водяного пара. С увеличением концентрации этанола в смеси максимальное значение коэффициента теплоотдачи снижается, и ему соответствует более высокий температурный напор между паром и стенкой. Результаты измерений, проведенных автором работы, хорошо согласуются с данными работы Мураси с сотр. для соответствуюших близких концентраций этанола. В опытах по конденсации смеси на вертикальной т1эубе при малых концентрациях этанола и температурных напорах около 5К были получены значения коэффициентов теплоотдачи, достигающие 90 кВт/~м К), что в 4,5 раза больше„чем при пленочной конденсации чистого водяного пара Автором было установлено, что при с,=5,5...16',4 можно выделить три участка зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора (кривой конденсации): 1) участок с относительно низкими значениями коэффициента теплоотдачи, обусловленными значительной ролью диффузионного термического сопротивления; 2) участок, на котором происходит резкий рост коэффициента теплоотдачи в связи с переходом от пленочного режима конденсации к псевдокапельному; 3) ниспадающая часть кривой конденсации, где коэффициент теплоотдачи изменяется от максимального значения до величины, соответствующей пленочному режиму конденсации смеси, Через смотровые окна рабочего участка автором проводилось наблюдение за гидродинамической картиной на поверхности вертикальной трубы и выполнялась скоростная фотосъемка.

Это позволило провести идентификацию режимов течения конденсата. Достаточно корректно в работе проведено определение вкладов термических сопротивлений жидкой фазы и парового диффузионного слоя в полное термическое сопротивление в опытах по конденсации паровой смеси вода-этанол. В итоге были получены критериальные соотношения, рекомендуемые для расчета коэффициентов теплоотдачи при конденсации паровой смеси вода-этанол на наружной поверхности гладких горизонтальных и вертикальной труб.