Григорьев В.А., Зорина В.М. - Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник (1982) (1062114), страница 68
Текст из файла (страница 68)
На рис. 3.31 приведено сопоставление расчетных данных, полученных по формуле (3.20), и огытных результатов по кипению в трубке с 7)а»а=0,67 мм и дляиой !30 мм при атмосферном давлении и массовых расходах от 13 до 160 кг/(м'с) [1). Кризис теплоотдачи в канале, обогреваемом периодически изменяющимся током, в значительной степени зависит от частоты изменения нагрузки и массовой скорости (рис. 3.32). Для сравнения ниже приведеяы экспериментальные значения д'„~ ~и х„р при стационарном обогреве постоянным током [!2)1 р'юа, кг/(ма с) 40 75 94 125 225 дар, Вг/ыа . . 730 1140 1340 1650 1960 хс» .
.. ., 0,75 0,62 0,58 0,54 0,36 йг~ * ТРЗ е е Е/ 0,7 0.3 д, Рис. 3.29. Завнсимость критической плот посты теплового потока е,р от массового паросодержаиия и расхода гелия, полученная иа вертикальной трубе из нержавеющей стали внутренним диаметром 0,6 мм (толщина степки 0,1 мм, длина 180 мм) [24, 251. Π— рю-ЗВ аг/(м'с); д — щ; Π— 70; ° — 10З; ° — 120; 4 — 100; »7 — 2В); Π— З)0. В работе [!) показано, что подобные режимы характерны для кипения жидкостей в каналах капиллярных размеров (размеров, д» 87 дй йб фд 1 67 РУ ф р а/ М;В/е () д 87 РР ау д,й // (77 фй Рг а 57 ([У 77 з) /7) Рнс.
3.30, Зависимость крятнческой плотности теплового потока от паросодержания и массового расхода гелия, полученная на вертикальной трубе из нержавеющей стали внутренним диаметром 1,63 мм и общей длиной около 750 мм [5[. а — р 100 кПа, рю 92 кг/(м» с); б — р 100 кПа, рю=144 кг/(м' с); а — р (ОЗ кПа, рю =200 а»/(м'с); а — р 100 кПа; рю 240 аг/(м'с); д — р !1а кПа; рю=.азб «г/(м» с). 18* 244 Равд.
3 Теплообмен з элементах саерхпроаодли4их систем тат В Втгма горо 7ООО Воо Х ~ —,— „— 1~~ (3.21) уто йо о,з оо фв (о га' Х 4 а В татлтг"~у Ряс. 3.31. Сопоставление результатов расчетов по формуле (320) с опытными дапнымн работы [11 (Т. 4,2 К; !(!)ккк 194). О О ВО 1В 77( 'Рис. 3.32. Зависимость д ~~ от частоты язменення нагрузкн ю и массовой скоростя Р'юс [12), полученная прн течении гелия в медной трубе, внутренним дяаметром 0,47 мм. л — р'м, газ тцм'с1;  — 64 кгцмт 1; 40 ктг(икс>.
Из сопоставления данных видно, что нри частоте а=20 Гц значеняя Ом пря периодически изменяющейся нагрузке прнблнзятельио равны дкр, полученным в условнях стацнонарного обогрева. Пря уменьшенни частоты пропускания злектрическях импульсов по стенке канала О~р'заметно падает. зл.з. гядрдвлячнскоп сопротивлняип Характер зависимостей гядравлнческого сопротивления нри течении двухфазного потока гелия от режимных параметров аналогичен характеру завясямостей для других жидкостей. В частностя, расчет по так называемой гомогенной модели, как показали исследоваяяя [6, 571, дает значятельные от- ! О Ой Оз ° ОВ ОВ ТО Рис.
З.ЗЗ. Влияние паросодержаняя двухфааного потока на относительный перепад давления за счет тренин [6! пря рю= 170 кг/(мз с). СЗ вЂ” р-а,т Мпп; П-Опй Мцк; Ш-О,Г4 МПк; Ст — О,!6 МПк; с — О,!З МПа; — — — — расчет. па гомогенной мокспн потока. клонения от экспериментальных данных (особеппо в области средних значений паросодержання) (ряс. З.ЗЗ). На основе обобщеняя собственных зкспернментальных данных [рм=100. 400 кг/(с.мт); х=0 — 1; р= = (1 —:1,8) ° 104 Па; О 0; ! 750 мм; О= =1,6 мм] авторы [6) рекомендуют для расчета гидравлических потерь при течения геляя с ногрешн остью щ 1546 следующую формулу: ! (р'э)т ! бррф=3' —, ~1+Р(х) Х В 2р' где 1,(7 — длина я диаметр каната; р', рм— плотности жндкости н пара; $', йм — коэффициенты гидравлнческого сопротивления канала прн течении по нему жидкости или пара; г" (х) = (Ярке — Ьрт)((урн — Ьр') — отно- Рнс.
3.34. Зависимость г"(х) для двухфаз- ного потока гелия. — — — — расчет по томстсиной молспн потока 161. Теилообмен к //е-1/ сительиый избыточный перепад давлеиия (рис. 3.34); Лр', Ьр« — потеря давлеиия иа треиие при течеиии по каиалу жидкости яли пара. кзл. теплоотдлчд к свезхквитвческомз гелию В сверхкритической областя состояиий теплофизические свойства геляя, как и всех веществ, сильио я своеобразио измеияются с измеиеиием температуры и давления. В сравиительио узком иитервзле значений температуры здесь резко сиижаются плотность р, вязкость Гг и теплопроводиость )г, а теплоемкость ср и число Праидтля Рг при температуре Т , называемой псевдо- критической, достигают максимума (см, рис. 3.4).
Анализ опытиых даииых для разиых сред, в частности, для гелия, показал, что а условиях столь резках и зиачительиых измеиеиий свойств теплоотдача и гидродииамические характеристики потока ие поддаются обобшеиию по известиым соотношеняям, получеииым для одяородиых потоков и потоков со слабо меияющимися свойствамя.
Перемеииость свойств среды по сечеияю и вдоль патока приводит к тому, что козффициеят теплоотдачи зависит от плотиости теплового потока. Наряду с иормальиыми режямами теплообмеиа, когда температура степки моиотонио измеияется соответствеиио язмеиеиию температуры потока, иаблюдаются и так иазываемые режимы ухудшеииой теплоотдаче с характериым дли иях пиковым изменением температуры стенки, а также режимы улучшеииой теплоотдачи. Такое подразделеияе режимов теплоотдачн условно и отражает лишь факт отклоиеияя локальиой теплоотдачи от моиотоииого измеиеиия яа предшествующем и последующем участках капала или от зиачеиий, рассчитаииых по обычиым формулам коивектизиого теплообмеиа. Нормальиая и улучшеииая теплоотдача наблюдается при малых или умереииыхтепловых нагрузках, а с ростом д и сиижеиием массовой скорости теплоотдача ухудшается (рис.
3.35). Понятия «умереииая» и «высоКая» тепловая иагрузка или массовая скорость тоже отиосительиы, так как сии различиы для разиых сред. К иастоящему времеви предложеио миожестзо расчетимх методов и эмпирических формул для определения теплоотдачи в сверхкритической области состояиий теплоносителя (25, 32, ЗЗ, 41, 53]. Но пользоваться ими следует с осторожиостью, поскольку обобщающие зависимости, предлагаемые авторами, как правило, примеиимы лишь в исследоваииом каждым автором диапазоие.
Кроме того, даже сравнимые по условиям зксперямеита опытные даииые разных авторов существеиио расходятся и количествеиио, я качествеиио, Для практических расчетов теилоотдачи к гелию сверхкритических параметров можио рекомендовать формулы (46], полу- 0 г//си й ГГ) 020 026 022 0'г0 0Ю 074 О!2 070 000 000 '0 2 0 0 0 йрсы Ряс. 3.35. Измеиеиие козффициеита тепло- отдачи гелия по клике трубы прв давления 0=0 25 МПа, массовом расходе О 6,8 . 7,6 г/(см'с) и температуре входа Т»*=5,038 5,043 К (46].
чеяиые по результатам последках, иаиболее полиых зксперимеитальиых исследоваиий (Т«=4,4 —:15 К р=2 —:14 МПа, д««'. (2500 Вт/мз, Ее=5.10« —:1О'). яри подъемяом течеиии )чп = 0 0602)(ео тгз Рго зо(Т /Т~'Вз (3.22) при опускиом течекяи 5)п 0 0931 мео,озтрго,ьз (3 23) где 2 Рг = 1/Ргс + 1/Ргп пря Т,(Т или Тз>Т я Рг 2 (Тс — Тп) (Т вЂ” Тп)(1/Рг~+1/Рг ) + + (7 с 7 гпН1/Рггп+1/Рго) пря Т»(Т (Т., где ҄— псевдокрятяческая температура; Тю Т» — температура стенка и потока соответствеяио.
3.6. ТЕПЛООБМЕН К Не-П З.з.г. ОБЩВЕ ЗАКОИОМЕРНОСТИ тЕПЛООтдАЧИ К Не-И Закоиомериости передачи теплоты в Не-П существеииым образом отличаются от обычиой теплопроводиости. Осиовываясь иа представлеииях двухкомпокеитиой модели (см. $3.2), мехаиизм передачи теплоты в Равд. 3 246 Теплообмеп в элементах сверхпроводящих систем Не-П в первом приближении может быть представлен как взаимно противоположное движение двух составляющих, когда от поверхности нагрева в направлении градиента температуры движется поток вязкого нормального компонента, а ей навстречу, к источнику теплоты — равный поток сверхтекучего компонента.
Прн этом отсутствуют озанмодействне сверхтекучего компонента с нормальным или стенками сосуда, т. е. компоненты могут свободно перемещаться относительно друг друга, не нспытывая никакого взаимного трения. Последнее обстоятельство обусловливает высокую эффективность теплопередачи. Другими словамя, есля в жидком Не-!1 существует градиент температур, то в нем осуществляется внутренняя конвенция (термический протнвоток) двух взаимопроннкаюшнх компонентов, причем в системе выполняется закон сохранения массы, т.
е. суммарный массовый расход жидкости при термическом противотоке равен нулю: Рпгвп+ Рз шз = О, (3.24) где ю„ и ш, — скорости нормального н сверхтекучего компонента. Таким образом, передача теплоты в рамках двухкомпонентнай модели определяется гидродииамикой движения нормального и сверхтекучего компонента. Перенос теплоты и массы в Не-П неразделимы. Плотность теплового потока пропорциональна скорости нормального компонента д = — РЯТ, ю„, (3.25) где 3 — удельная энтропия жидкости; Т,— температура гелиевой ванны. В общепринятом смысле Не-П не подчиняется закову Фурье, поэтому для того, чтобы оценить его способность проводить теплоту, в риде работ [47, 48] вводится понятие эффективного коэффициента твплапроводпогти: С ТТ, .
Т )) ! )з рт)з 3412 (йгаб 7,)- 2/з об«4«! з а и (3. 26) где С(Т,) — некоторый безразмерный параметр, зааасяший от температуры (рис. 3 36); и — коэффициент вязкости нормального компонента. Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности при различных значениях ягабТ представлена на рис. 3.37. Максимальное значение ),:«ее Не-П [48] более чем на шесть порядков превышает коэффициент теплопроводности Не-1 прн Т, = 2,5 К и почти в 5 раз теплопроводнасть чистого серебра при этой же температуре. Таким образом, температурные перепады в Не-11 весьма малы и температура в, любой точке объема Не-11 практически одинакова. Интенсивность теплоотдачи к Не-11 соизмерима, а в ряде случаев превышает значеяия коэффициентов теплоотдачи о, полученных на Не.1 (рис.
3.38). 00 О 40 те хв гв гв яв х Рис. 3.36. Зависимость безразмерного па- раметра С от температуры [48]. Ог/ТМ.Х/ «ТО« +00 ООО 100 0 12 бэ 40 ТО О,О К Рис. 3.37. Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности Не-П от температуры при постоянных значениях градяента температуры [47], Всю температурную область, в которой существует Не-П, можно условно разделить на зоны беспленочного (1) (рис. 3.39), и пленочного кипения (11). В беспленочной зоне в свою очередь обычно выделяют два характерных режима — с линейной (сопраВг««ма «104 1«0 «0 0 ОТ тр 10 «Т Ряс. 3.38. Сравнение интенсивности тепло- атдачи к Не.! и Не-П [47]. 4(9 — серебро; Т 2,1 К (Нс-Н); ° — нержавеющая сталь, Тз 2,0 К (Не-Н); с — серебро, Та -4,21 К (Нс-1); Π— асРжаасющаа сталь, Та 2,19 К (Нс-1).
Стрелками указано наярааасйнс нзнспсаяа тсилааого патока. 247 Теплообмен я Ое-П 336 Рис. 3.39. Характерная кривая теплоотда. чи к Не-И. д Ы вЂ” аопы Вссплсночпого и пленочного кппспвп соответственно; л, и — режимы с линейной !сопрей гпвлсппя Капнпн) и нелинейной зависимости о= -Пеги тивлемия Капицы) (А) и нелинейной (В) зависимостями плотности теплового потока от разиоств температур поверхиости иагрева и жидкости в объеме, Режим сопротивления Капицы характерен для АТ~О,! К и обусловлен термическим сопротивлением, существукяцим иа границе твердое тело— Не-П (обнаружено экспериментально П. Л, Капицей в 1941 г.), В зоне пленочного кипения между теплоотдающей поверхностью и Не-П возиииает паровая пленка Плотность теплового потока вч, при которой происходит переход от одной зоны к другой, получила название максимальной или критической плотности теплового потока (ЬТ* — температурный иапор, соответствующий да).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
