Адиутори Е.Ф. - Новые методы в теплопередаче (1062108), страница 35
Текст из файла (страница 35)
постоянную мощность> то мы получили бы ('Мподв/~Т~)стан = 9. (8.21) 192 Г'лала 6 элемента, обладающего большим положительным температурным коэффициентом сопротивления. Оптимальные условия для тепловой устойчивости обеспечивает также источник энергии, в котором 'Юэлектр,йT~ < 9. (8.22) Этого можно достичь с помощью термостатического регулятора источника энергии с датчиком, расположенным в нагревательном зле.
менте, желательно вблизи поверхности кипения. Возможность создания котла с электрическим обогревом, устой. чиао работающего но всех режимах, соответствующих всем тачкам криной кипения, была впервые отмечена автором книги в работе [1). "Более важным результатом вынода критерия тепловой устойчивости является осознание того факта,что конструктор может улучшить устойчивость оборудования в широких пределах с помощью простых методов проектирования. Например, раш ше считалось, что при электрическом обогрева котла ... невозможно охватить непрерывную область температур (вблизи мжсимума кривой кипения).
(Из критерии (8.16) следует, что это не так, и что можно полностью избежать разрыва температуры, выбирая материал с достаточно большим положительным темпе ратурным коэффициентом сопротивления... Для улучшения уста чивости (ядерных) реакторов и других типов теплообменных установок можно использовать ряд других столь же простых мото дов". Насколько мне известно, Петерсон и Залук [2) первыми на практике использовали мои пред,ложения. Они построили котел, примени! для электронагревательного элемента проволоку, и действительно обнаружили, как я и предполагал, что "При использовании новой системы не могло произойти про горания, так как работа вблизи максимума кривой является нь дежной и устойчивой".
Таким образом, в 1964 г. с помощью новой теории теплопереда. чи была выявлена возможность создания котла с электрическим на~ ревательным элементом, в котором не происходит прогорания. (В т< же время в старой теории теплопередачи считалось, что создание т~ кого котла невозможно, так как прогорание в нем неизбежно.) Коте спроектированный и построенный в 1971 г. Петерсоном и Залуком, пс твердил экспериментально, что выводы автора (1964 г.) как качест'- венные, так и количественные, справедливы. 193 Теяловлл усяойчквосиь ТЕПЛОВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ.
СТАРЫЙ МЕТОД В гл. 4 было отмечено, что в старой теории тепловая устойчияость рассматривается более или менее интуитивно, что приводит я значительной степени к неправильным результатам и выводам. Если читатель обратится к современной литературе по теплопередаче я изучит дискуссии по поводу максимума кривой кипения и кипения я переходной области, то заметит, что интуитивные рассуждения в старой теории основаны на неточном предположении о равенстве производной ('Иподв /'% )стацлибо нулю, либо бесконечности.
Это приводит к ошибочному выводу, будто конструктор почти не может повлиять на тепловую устойчивость оборудования и будто он должен принять нуленое или бесконечное значение в зависимости от того, является ли источник тепла в установке тепловым, при котором производная равна бесконечности, или электрическим и ядерным, при ~старых производная равна нулю. Осознание того факта, что конструктор в состоянии оказывать ьлияние на тепловую устойчивость реального оборудования, должно привести к появлению нового поколения теплообменных аппаратов, оторые будут обладать характеристиками, считающимися фактичес.
и невозможными в рамках старой теории теплопередачи. Например, ак я предлагал в 1964 г., можно спроектировать ядерный реактор охлаждением активной зоны водой под давлением, для которого не уществует проблемы "прогорания" тепловыделяющего элемента и ет необходимости в системе защиты реактора. В старой теории тепопередачи это показалось бы невозможным, и никаких шагов в этом аправлении не предпринималось. Аналогично, интуитивные рассуждения в старой теории приводят выводу о том, что тепловая устойчивость в котле может быть обес. ечена применением теплового источника энергии, такого, как кон,енсирующийся пар или движущийся поток жидкости. В литературе ,о старой тецлопередаче содержатся утверждения типа: "Применяя в качестве источника тепла пар, конденсирующийся на одной стороне стенки, можно добиться устойчивых ус.
ловий работы, соответствующих каждой точке кривой кипения в большом~ объеме". С позиций новой теории теплопередачи такие утверждения проср неверны, и я показал это аналитически н своей статье, опублико- В-1063 194 Глава 8 ванной в 1964 г. С тех пор рядом исследователей были опубликованы экспериментальные доказательства того, что утверждения такого рода неверны, и, таким образом, анализ, проведенный мною в 1964 г., правилен и качественно, и количественно. В старой теории анализ тепловой устойчивости основывается фактически на рассмотрении части установки, расположенной ниже по потоку от поверхности кипения.
При таком подходе, температура на поверхности кипении предполагается постоянной, если в установке используется тепловой источник энергии,и не учитывается, что между источником тепла и поверхностью раздела должна существовать разность температур, обеспечивающая перенос тепла к поверхности раздела, равно как и то, что этот перенос тепла связан с указанной разностью температур, и следовательно, величина (8тподв (~7))стад — конечна.
Аналогично, в старой теории процессы, происходящие в установках с электрическими и ядерными источниками тепла, рассматриваются независимо от процесса тецлопередачи, тогда как в действительности все процессы взаимосвязаны и влияют друг на друга, что предоставляет конструктору мощные средства улучшения тепловой устойчивости таких установок. В старой теории кипение в переходной области рассматривается как неустойчивый процесс. В новой теории таких понятий, как неусто чивые процессы, не существует — есть определенный режим работы установки, который может быть, а может и не быть устойчивым. При соответствующем проектировании установки любой процесс можно превратить в устойчивый. Таким образом, устойчивость или неустой чиность установки зависит от качества проектирования, т.е.
от умения конструктора, а не предопределена заранее. ПРИМЕНЕНИЕ ОБй(ЕГО КРИТЕРИЯ ТЕПЛОВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ Пример 1. Котел с тепловым источником энергии Формулировка задачи У фирмы "Маршал эквипмент" закуплен котел для исследования кипения жидкости у. Известно, что кривая кипения для жидкости у аналогична изображенной на фиг. 7Л2 и что — 6,4 < (ачотв /ЫТ; )У, М < 66,8 кВт/(мл. гРад), (8.23) 195 Твяловав усиойчявовиь когда жидкость у кипит на такой же поверхности, как и у котла, поставленного фирмой. Необходимо выяснить, может ли рассматриваемый котел устойчиво работать во всех режимах кривой кипения.
Описание установки 1. Котел фирмы "Маршалл" аналогичен изображенному на фиг. 7.2. 2. Источником тепла для котла служит паропровод, связанный с резурвуаром для пара, который установлен непосредственно под нагревательным элементом котла и является частью котельной установки. 3. Тепловой поток на поверхности нагревательного элемента со стороны пара описывается уравнением д„= 9,656 дТ„. 9,656 (҄— Т„), (8.24) где во относится к паровому объему, а в1 — к поверхности нагревательного элемента со стороны пара. 4.
Температура пара в паровом объеме не зависит от теплового потока на поверхности нагревательногаэлемента котла. (Отметим, что это упрощение является удобным для иллюстрации метода, но оно не обязательно выполняется в действительности. Вез этого упрощения нам пришлось бы учитывать влияние переменной температуры Т„на (йуподв /ЫТ1 )стац.
Благодаря этому допущению можно не рассматривать часть установки, которая расположена выше по потоку от парового объема, и начать анализ примо с него.) 5. Фирма "Маршалл" производит котлы в комплекте с тремя взаимозаменяемыми нагревательными элементами, изготовленными из одного и того же материала различной толщины.' При сборке котла можно поставить любой из трех нагревательных элементов.
6. В котле имеется регулировочный клапан, и поэтому температура кипящей жидкости не зависит от подводимого теплового потока. Анализ На фиг. 8.4 приведена схема рассматриваемой системы, разомкнутая вдоль поверхности кипения. Условия, указанные в и. 4 и 6, упрощают анализ, так как из них следует, что режим работы котла не зависит от процессов, протекаю- 196 Глава 8 Фиг. 8.4. Разомкнутая система, рассматриваемая в примере 1. гвс гм гы Ты гы Фиг. 8.5.
Схема тепловых потоков в стационарном состоянии (при- мер 1). щих на участках установки, расположенных выше по потоку от парового объема и ниже по потоку от кипящей жидкости. Поэтому при ана лизе можно ограничиться рассмотрением участка, расположенного между паровым объемом и кипщпей жидкостью. Схема тепловых потоков для этой области приведена на фиг. 8.5. Из фиг. 8.4 можно видеть, что теплообмен между паровым объемом и поверхностью кипения зависит от тепловых потоков на понед ности ау и через нагревательный элемент котла. Тепловой поток на поверхности ау описывается уравнением (8.24).
Уравнения, описывая щие тецловой поток для каждого нагревательного элемента,'имеют следующий вид: 9Ьр,— 2,84 Д Тьр, 2,84 (Тм — Тьу)ьр~ (8.25) йър2 8~52 д71ря = 8,52 (Ты — Тц)ърл ~ (8.26) (8.27) йьр, 17,04 дТьрэ 17,04(Тм — Ть! )ьрз ° Применяя метод новой теплопередачи для оценки тепловой устойчи-' вости котла с нагревательным элементом Ьр 1, отметим, что Ям = чьрь чподв (8.28)1 9,656(҄— Т„) 2,84(ум — Ть!' ) 9подв (8.29), у (9 656у + 2847ь )~12496 0уу87~ + 022ууьу Тепловая усиояччвосиь 197 решая (8.29) и (8.30) совместно, получим тподв = 2 84(0773Т„+ 0,227 Тьь — Ть;), (8.31) ачподв/~(Ть| = 2.84 (- 0,773) = — 2,198 кВт/(мэ ° град). (8.32) ()овторяя те же самые операции для поверхности Ьр2, получим йдподв /АТЬ - 4,626 кВт/(м ° гРад), (8.33) а для поверхности Ьр 3— Йподв'/йТьь '- 6,162 кВт/(мг ° град).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
