Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 66
Текст из файла (страница 66)
кой Очищенная двойным электролизом и зоиной плавкой 206 !030 !94 1О!О 195 1000 192 996 Кипение гелия в большом объеме УГВГГон Вггма 0 фпх ИОО Р,ОВ 008 0,7 Рис. 3.16. Зависимость удельного электрического сопротивления от деформации для меди и алюминия при Т 4,2 К, В=й (2). Г-»леатролятичеснаа меди! 2 — ьлентрнчеслаа медь, атажжеипаа прн ООО 'С ь те«ение 1 а: г — бескисеородиаа медь, таердаа; « — бесннслородная 'медь. полттаердая; 3 — бескислородная медь, отожжеияаа пра боо'С а те«елее ! «; б — алюминий чистоты 99,99аай беа допалиптельиая обработки; 7 — алюминий, отожжеапый при ЗОО'С а те.
челне 2 ч. лов необходимо учитывать прн намотке катушек композятным проводом (сверхпроводиик в совокупности с алюминием, медью н т. п.). 3.4. КИПЕНИЕ ГЕЛИЯ Б БОЛЬШОМ ОБЪЕМЕ ЗЛЛ. ПУЗЫРЬКОВОЕ КИПЕНИЕ Тепловую стабилизацию сверхпроводящих устройств небольших размеров осуществляют путем погружения обмотки в «ванну» с жидким гелием. Процесс охлаждения происходит за счет кипения, возникающего на поверхности обмотки. Для пузырькового кипения криогенных жидкостей характерно различие в ходе кривых кипения в зависимости от направления изменения теплового потока (явление «гистерезиса») (рис. 3,17), а также значительное влияние теплофизических свойств материала и толщины теплоотдающей стенки иа температуру начала кипения, интенсивность теплоотдачн и крибнс кипения.
В наибольшей степени этн факторы проявляются при кипении гелия. Температурные напоры, соответствующие началу кипенна гелия, находятся в пределах от нескольких сотых до нескольких десятых долей градуса в зависимости от давления, шероховатости поверхности и теплофизических свойств материала стенки.
Кипение на поверхностях из различных материалов начинается при существенно различных температурных напорах и плотностях теплового потока, Зависимость температурного напора, соответствующего пача- тйкгд"г и Вгтгпд ЧУ 777 Е рк гдаб Рис. 3.17. Кривая кипения гелия в большом объеме при атмосферном давлении, полученная на горизонтально расположенном торце длинного стержня из меди днзметром 4=8 мм со средней высотой микроиеровностей )1« 6 мкм (обогрев электрический) 154).
лу кипения, от коэффициента тепловой активности материала стенки У(ьср)„ описывается формулой 8Тнн 1,)7 асср)от ) . (3.11) Увеличение среднеквадратичной шероховатости поверхности )та нагрева приводит к уменьшению 8Таа и интенсификации теплообмеиа при пузырьковом кипении. Существует, однако, предельная шероховатость, соответствующая 6 — 7-му классу чистоты по ГОСТ 2789-73 (средняя высота микроиеровиостей 6 — 1О мкм), дальнейшее увеличение которой ие изменяет йоложеиия кривой пузырькового кипения. Уменьшение шероховатости может приводить к вырождению пузырькового режима.
Отмеченный эффект наблюдается, как правило, иа материалах с НИЗКИМ !77 (Хгр)ио дЛя КОтОрМХ тЕМПЕратуриые напоры, соответствующие началу кипения, близки к предельному перегреву жидкости при данном давлеини. В качестве примера иа рис. 3.18 приведены данные работы !8! по кипению гелия в большом объеме при атмосферном давлении на пластине из нержавеющей стали, поверхность которой была обработана по 1О-му классу чистоты. Из рис.
3.18 видно, что свободная коивекция непосредственно переходит в пленочное кипение, минуя пузырьковый режим. Различие в ходе кривых кипения, полученных при увеличивающейся и уменьшающейся от опыта к опыту тепловой нагрузке при различных давлениях, видно из рнс. 3.19. Наибольший «гистерезис» соответствует низким значениям плотности теплового потока н уменьшается с увеличением подво- димой мощности. Наклон кривых кипения, Равд. 8 Теллообмен в элементах сверхлрободлщттх систем Втlиз Т ае г !ау б 4 г Та' б 4 г т ат Рис. 3.18.
Влияние шероховатости тепло- отдающей поверхности на теплоотдачу прн кипении гелия (торец стержня яз нержавеющей стали д-8 мм, горизонтальная ориентация; р=0,1 МПа) [8), Злсктрачсский обогрев. Т вЂ” Лз б,й мкм; г— Ях Е,т мкм, хсстадвохаркос оххаждсхсс; 3— Л Ь,Ь мкм; « — Л -0,7 мкм; б в б — соотаетсу. »уют крнххсу ккоскня, — да«злу ювеаав. Рес. 3,20. Влияияе теплофнзических свойств материала поверхносгк нагрееа на интенсивность теплоотдачн при пузырьковом кипении гелия [2!) (р=0,1 МПа, диаметр торца стержня д 8 мм, средняи шероховатость 5 — !О мкм, ориентация горизонтальная). Π— ахюмккайт Π— медь; Л вЂ” латунь: Š— не. рмазеющад сталь. Втутбв Тай В В /Т циоиарнымн процессамн, происходящими и стенке при росте паровых пузырей.
При кипенни гелия это влияние наиболее существенно; коэффициенты теплоотдачи на меди и нержавеющей стали, например, при одинаковых температурных напорах отличаются более чем в 40 раз (рнс. 3 20). Лля кипения гелия на поверхностях нз материалов с ннзкнмн коэффициентами тепловой активности (никель и, особенно, нержавеющая сталь) пузырьковый режим может переходить в «смешанный» режим пузырькового н пленочного кипения, характеризующийся низкими значениями коэффициента теплоотдачн, Прн смешанном кипении на теплоотдаюшей поверхности одновременно существует пузырьковое кипение н вкрапленные в него «очагн» пленочного кипения. Для смешанного режима кипения характерны высокие температурные напоры, значительно превышающие предельные перегревы жидкого гелия (ЛТ„ж0,5 К при атмосферном давлении [30)).
Теплофнзические свойства материала теплоотдающей стенки незначительно влияют на критическую плотность теплового потока, но очень сильно на температурный напор, соответствующий кризису теплоотдачи пузырькового кипения. Нике приведены значения дхр, н ЛТ«р, прн кипении гелия на поверхности из различных металлов при р = 0,1 МПа [21) . ау а Рнс. 3.19 Влияние направления изменения теплового потока (явление гистерезнса) н давления на положение н вид кривой пузырькового кипения гелия (сглаженные кривые) [45).
полученных прн уменыпеннн тепловой нагрузки, значительно меньше, чем у восходящих кривых, и может изменяться в широких пределах в зависимости от материала, обработки поверхности и ориентации теплоотдаюшей стенки. Влияние материала теплоотражающей поверхности на интенсивность теплоотдачн прн пузырьковом кипении связано с неста- пержаасющ»я ствль Ахюминхй Медь Лстунь 40 12 400 12 — 15 !!80 210 160 9400 9200 8400 0,3 0,39 0,9 Тдг ТВВ я Ф ВВТВТВ Ф ЮВТуоя" Ххрхктернстака У' (дсР)ст, Вт с т(м~ К) Вхр,, Вт/мс Лти„,, К т аь в г Твз в г Таз в б 4 ,г ' уву увйтг 4' ввта«г рбвта'г 4 авто'г 46вк Кипение гелия в большом объеме Вг/м з й)г Ш В В .7В В б Вгум х /Вг В В В г Ве в В В 4 Ввга-'г э Ввга'г э Вгш'г к Рис.
3.21. Влияние толщины стенки на интенсивность теплоотдачи при кипении гелия (7] (р=0,1 МПа, медный диск с(= 16 мм, ориентация горизонтальная, средняя шероховатость 8 †мкм), Ф вЂ” В !7ЛП Л вЂ” зв: с — З,О; П вЂ” 0,7; Π— О,!2 мм ГВ" В вга-' г В Ввга' г В ВВ)а' гмм Рис, 322. Зависимость критической плотности теплового потока от толщины медлого образца 6 (условия проведения опытов — см. рис.
3,21) (7], о — зз,о; гз — зз,з; о — хв,!; ° — в,э кп». Очень сильное влияние ва характеристики пузырькового кипения оказывает толщина теплоотдающей степки. При кипении иа металлах с высоким значением коэффициента тепловой активности уменьшение толщины приводит к заметному снижению интенсивности теплоотдачи. Так, изменение толщины медного диска от 20 до 0,12 мм приводит к снижению уровня теплоотдачи (при одинаковом о) в 8 — 1О раз (7] (рис. 3.21).
На металлах с низкимиУ Хср зависимость коэффициента теплоотдачи от толщины стенки слабее, особенно в режиме смешанного кипения. Влияние толщины иа д,рг уменьшается по мере снижения тепловой активности материала стенки, а также при переходе к давлениям, близким к критическому и давлению в )с-точке (рис.
3.22 и 3.23). г г и Ввга-' г В Влга'- Рис. 3.23. Зависимость критической плотности теплового потока и,р, от приведенного давления р/ймр и толщины образца 6 (диск из нержавеющей стали с(=!б мм„ средняя шероховатость 6 †мкм, ориен. тация горизонтальная) (23]. с — з = з,г; о — з,э; д — !,з; гз — о,з Теоретических соотношений, дающих возможность производить расчет теплоотдачя и кризиса пузырькового кипения гелия с учетом материала теплоотдаюшей стенки и ее толщины, в настоящее время ве существует. Известные расчетные зависимости, в частности (2.!29) и (2.138), не учитывают этих важных для кипения криогенных жид. костей факторов и могут быть использованы лишь для получения приближенной оценки среднего уровня теплоотдачи и критической плотности теплового потока при заданном давлении.
Для учета влияаия ориентации плоской поверхности больших размеров на критическую плотность теплового потока и,р< в соотношение Кутателадзе (2.130) можно ввести поправочный множитель, являющийся функцией угла ф между вертикалью и перпендикуляром к плоскости поверхности: К = 0,016(190 — ф)~'~ (3.12) Сопоставление расчетных значений, полученных по (2.138) и (3.12), с эвспериментальными данными приведено на рис.
3.24. Влияние ориентации поверхности нагрева на и,р~ в значительной степени зависит от формы и размеров нагревательного элемента. Так, изменение ориентации цилиндри. ческих поверхностей нагрева влияет на и„с в меньшей степени, чем для плоских поверхностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
