Отзыв оппонента 2 (Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях)

отзыв официального оппонента Ильмова Дмитрия Николаевича на диссертационную работу Беляева Александра Владимировича «Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность темы диссертации Кипение при течении жидкости в каналах является одной из наиболее активно исследуемых областей теории теплообмена. Строгое математическое описание процесса кипения (из-за невозможности описать форму и положение межфазной границы в произвольный момент времени) представляется крайне затруднительным.

В отсутствие общепризнанной теории процесса новые технологии стимулируют новые опытные исследования. В настоящее время актуально изучение теплообмена двухфазных потоков в каналах малого диаметра. При изучении мини- и микроканалов перед исследователем возникают сложности, с одной стороны, практического характера:изготовление каналов с гидравлическим диаметром порядка 1 мм и меньше, точное измерение размеров и степени шероховатости, измерения параметров потока. С другой стороны — трудности в создании или выборе достоверных методов расчета гидродинамики и теплообмена.

Разработка надежных расчетных методик является важной задачей, поскольку каналы малого диаметра активно применяются в элементах компактных теплообменников, используемых в различных отраслях промышленности, таких как космическая, криогенная, компьютерная. Например, имеющиеся способы теплосъема не справляются с тепловыми нагрузками микропроцессоров, что на сегодняшний день ограничивает быстродействие компьютеров. Новизна проведенных исследований и полученных результатов 1.

Получен систематизированный массив экспериментальных данных о потерях давления в двухфазном потоке, теплообмене и кризисе теплообмена при кипении в ранее малоисследованном диапазоне параметров потока. 2. Выявлены режимы теплообмена, не представленные ранее в литературе. Речь идет о заметном снижении температуры стенки в различных сечениях перед резким ее ростом в момент развития кризиса теплообмена. Это явление наблюдалось систематически, в работе оно обозначено пометкой СТ. Делается предположение, что интенсификация теплообмена связана с объединением паровых пузырьков в паровые конгломераты вблизи стенки, когда механизм развитого пузырькового кипения перестраивается на новый режим. Далее с ростом теплового потока развивается режим пленочного кипения.

3. Предложены методики расчета коэффициента теплоотдачи ~КТО), потерь давления и критического теплового потока (КТП) в миниканалах при высоких приведенных давлениях в зависимости от параметров потока. 4. Экспериментально подтверждено предположение о том, что в области высоких приведенных давлений режимы течения в миниканалах становятся идентичными тем, что наблюдаются в "обычных" каналах. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью экспериментальных результатов, которые получены при использовании современных средств измерения и методов определения параметров потока, повторяемостью и согласованием полученных данных с известными (как теоретическими, так и экспериментальными) данными других авторов в перекрывающихся областях параметров.

Значимость результатов, полученных в диссертации для науки и практики 1. Экспериментально обоснованы уравнения для расчета потерь давления, теплообмена и КТП при кипении в каналах малого диаметра. 2. Результаты работы могут быть использованы при разработке и оптимизации конструкций новых миниатюрных теплообменных аппаратов, а также способов и средства прокачки в них теплоносителя. О полноте изложения материалов в работах, опубликованных автором, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК По результатам диссертационного исследования автором опубликованы материалы в 8-ми трудах конференций и в 3-х тезисах конференций, а также опубликованы две работы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК РФ. Основные положения обсуждались на 9-ти тематических всероссийских и международных и конференциях.

Структура диссертационной работы логично и последовательно выстроена, материалы излагаются грамотно, доступно и интересно. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержит 152 страницы. Список литературы содержит 142 наименования.

Содержание диссертации Во введении отмечена актуальность диссертационной работы, ее теоретическая и практическая значимость, поставлены цели и задачи исследования. В главе 1 представлен обзор литературы по гидродинамике, теплообмену и КТП в мини- и микроканалах. Выполнен анализ наиболее известных исследований и обзорных работ. Автором проведена большая работа по изучению и анализу литературных источников.

Подробно рассмотрено несколько десятков работ, при этом уделялось внимание специфике каждой из них, т.е. особенностям условий, в которых получены данные и обобщающие их формулы. Рассматриваются вопросы о границах применимости различных методик. Отмечено, что предлагаемые уравнения, в основном, носят эмпирический характер. Значительная часть работ при исследовании теплообмена в миниканалах выполнена в условиях малых массовых скоростей течения насыщенного потока и умеренных приведенных давлений. Анализ работ, посвященных кризису теплообмена в каналах малого диаметра, показывает практическое отсутствие специальных исследований в области высоких приведенных давлений. В главе 2 представлено описание экспериментального стенда, измерительной аппаратуры и основных конструктивных элементов. Экспериментальные исследования проводились на фреонах К113 и КС318 в каналах с диаметрами Н = 1.36 мм, Ы = 0.95 мм. Теплоемкость, теплота парообразования и критическое давление фреона значительно ниже, чем у воды, что позволяет достичь желаемых параметров при меньших затратах энергии.

Как следует из материалов автореферата, экспериментальный стенд был существенно модернизирован при непосредственном участии автора. Автором были разработаны и изготовлены рабочие участки, смонтирована и отлажена система сбора и обработки информации для экспериментального стенда, произведена тарировка измерительного оборудования. В результате экспериментальных работ получены новые опытные данные в диапазоне приведенных давлений р„=0.15 —:0.9, различных массовых скоростей и входных температур. Диапазон подводимых к рабочему участку тепловых нагрузок обеспечивал получение режимов однофазной конвекции, пузырькового и пленочного кипения. Получен систематизированный массив экспериментальных данных В главе 3 выполнено обоснование достоверности экспериментальных данных, представлен анализ первичных данных и обобщение данных по теплообмену, потерям давления и КТП. Сначала была выполнена оценка тепловых потерь и обобщение опытных данных по теплообмену в режиме однофазной конвекции и обоснована достоверность измерений.

Затем выполнен анализ первичных данных о теплообмене и потерях давления в зависимости от параметров потока и подводимой тепловой нагрузки при наличии кипения. Анализ результатов показывает хорошую воспроизводимость данных, качественное соответствие с известными закономерностями течения и теплообмена. Экспериментальные данные о потерях давления хорошо согласуются с известными расчетными методиками, разработанными для обычных каналов. Определены параметры теплообмена в сечениях расположения термопар при кипении. Выделены характерные режимы теплообмена при кипении, сведенные в карту режимов. В исследовании выделены две основные группы режимов: теплообмен при развитом кипении потока насыщенной жидкости; теплообмен при кипении потока недогретой жидкости со значительным влиянием конвекции.

Предложены методики расчета теплообмена при кипении в условиях эксперимента. Автор приходит к выводу о том, что разделение режимов по условиям кипения и подбор соответствующих методов расчета работает лучше, чем универсальные подходы. Получено 169 значений КТП в области ранее малоизученных параметров потока, особенно в области высоких приведенных давлений. Проанализировано влияние диаметра канала на КТП. Сопоставление результатов расчета КТП с экспериментальными данными показывает удовлетворительное согласие с методами, разработанными для "обычных" труб.

Например, для обобщения использовалась формула, полученная для свернутой в катушку трубы Ы=9.7 мм при околокритических приведенных давлениях, а также данные из скелетных таблиц представленных для воды в вертикальной трубе с диаметром 8 мм. Сделанные выводы и предложения актуальны для науки и практики, отражают основные положения диссертации. Автореферат также полностью соответствуют содержанию диссертации. Замечании по диссертационной работе 1. Введено обозначение «х» - относительная энтальпия потока. Однако в первой главе, где приводятся различные расчетные методики, это же обозначение используется для массового паросодержания.

В тех случаях, когда специально не оговорено, становится не понятно, какая величина имеется в виду. 2. Не приведен источник, откуда взяты теплофизические свойства фреонов. Для одного и того же вещества в различных источниках могут быть приведены отличающиеся свойства. 3. В работе сказано, что обобщение опытных данных о потерях давления при течении двухфазного потока было выполнено в рамках гомогенной модели. На мой взгляд, это неудачный термин, поскольку расчет потерь давления здесь, по сути, проводился просто для жидкости без всякого учета содержания пара.

В некоторых источниках гомогенным подходом к описанию двухфазного потока называют такой подход, когда среду можно считать единым целым (эмульсионный, пузырьковый режим течения), при этом наро содержание учитывается. Гетерогенным подходом иногда называют рассмотрение течения отдельно паровой фазы, отдельно жидкой фазы и их взаимодействие. Тем не менее, указанные замечания не существенны и не снижают ценности полученных результатов. Заключение Диссертационная работа А.В.