Исследование кризиса теплоотдачи в каналах малого диаметра

19.11.2020 2020 - №04 Теплофизика и теплогидравлика

В.И. Белозеров А.С. Горбач

https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.06

Описываются экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена в вынужденном потоке воды в каналах малого диаметра при невысоких давлениях. Актуальность исследований связана с ростом интереса к малым теплообменным аппаратам. Каналы малого диаметра активно используются в элементах компактных теплообменных устройств для современных инженерно-технических разработок.

Основная трудность при изучении процессов теплообмена в каналах малого диаметра состоит в отсутствии единых методик расчета коэффициентов гидравлического сопротивления и теплоотдачи в двухфазном потоке. Размер канала влияет на теплообмен и гидродинамику двухфазного потока, являясь одним из определяющих параметров, так как существующие внутренние масштабы (размер парового пузыря, диаметр жидкой капли, толщина пленки) могут стать соизмеримыми с диаметром канала, что может приводить к различным режимам течения. Очевидно, что в однофазных течениях нет оснований ожидать изменения в закономерностях переноса импульса и энергии с уменьшением размера канала пока остается справедливым приближение сплошной среды.

Проанализированы эксперименты отечественных учёных по исследованию распределения теплогидравлических параметров в каналах малого поперечного сечения во всем диапазоне изменения параметров потока в канале вплоть до кризисных режимов теплоотдачи, когда резко повышается температура стенки при медленном возрастании тепловой нагрузки. Проведено сравнение экспериментальных данных отечественных и зарубежных авторов по кризису теплообмена.

Ссылки

1. Васильев А.Н. Кризис теплообмена, связанный с резким вскипанием жидкости в каналах малого диаметра. / Автореферат дисс. канд. техн. наук. – Киев: Институт технической теплофизики АН УССР, 1971. – 21 с.
2. Беляев А.В. Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях. / Автореферат дисс. канд. техн. наук. – М.: МЭИ, 2018. – 20 с.
3. Кириллов П.Л. Кризис теплообмена в каналах. // Атомная энергия. – 1996. – Т. 80. – Вып. 5. – С. 370-379.
4. Васильев А.Н., Кириллов П.Л. Кризис теплообмена при вскипании жидкости. // Атомная энергия. – 1972. – Т. 32. – Вып. 2. – С.154-155.
5. Скрипов В.П. Метастабильные и закритические состояния в системе «жидкость -пар»./ Автореферат дисс. докт. физ.-мат. наук. – Свердловск, УПИ им. С.М. Кирова, 1967. – 32 с.
6. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. – М.: Наука, 1972. – 312 с.
7. Дорощук В.Е., Ланцман Ф.П. Влияние диаметра трубы на критический тепловой поток. // Теплоэнергетика. – 1963. – № 8. – С. 73-76.
8. Левитан Л.Л., Ланцман Ф.П., Деднева Е.И. Влияние диаметра трубы на кризис теплообмена второго рода. // Теплоэнергетика. – 1981. – № 7. – С. 40-44.
9. Edelstein S., Perez A.J., Chen J.C. Analytic Representation of Convective Boiling Functions. // AICHE J. – 1984. – Vol. 30. – PP. 840-841.
10. Steiner D., Taborek J. Flow Boiling Heat Transfer in Vertical Tubes Correlated by an Asymptotic Model. // Heat Transfer Engineering. – 1992. – Vol. 13(2). – PP. 43-68.
11. Орнадский А.П., Кичигин А.М. Исследование зависимости критической тепловой нагрузки от весовой скорости, недогрева и давления. // Теплоэнергетика. – 1961. – № 2. – С. 75-79.
12. Орнадский А.П. Критические тепловые нагрузки и теплоотдача при вынужденном движении воды в трубах в области сверхвысоких давлений (175 – 220 атм.). // Теплоэнергетика. – 1963. – № 3. – С. 66-69.
13. Kew P.A., Cornwell K. Correlations for Prediction of Boiling Heat Transfer in Small-Diameter Channels. // Applied Thermal Engineering. – 1997. – Vol. 17A. – PP. 705-715.
14. Hamdar M., Zoughaib A., Clodic D. Flow Boiling Heat Transfer and Pressure Drop of Pure HFC-152a in a Horizontal Mini-Channel. // Int. J. Refrigeration. – 2010. – Vol. 33. – PP. 566-577.
15. Ягов В.В. Теплообмен при развитом пузырьковом кипении. // Теплоэнергетика. – 1988. – № 2. – С. 4-9.
16. Sung(Min Kim, Issam Mudawar. Review of databases and predictive methods for pressure drop in adiabatic, condensing and boiling mini/micro-channel flows. // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2014. – Vol. 77. – PP. 74-97.
17. Serizawa A., Xu J., Feng Z. Two-phase flow and heat transfer in micro-channels Kyoto. / Proc. of the IV-th Japanese-European Two-Phase Flow Group Meeting. – Kyoto University, 2006. – PP. 247-252.
18. Болтенко Э.А., Пометько Р.С., Катан И.Б. и др. Влияние диаметра трубы на критический тепловой поток. / Труды Международного симпозиума «Теплофизика-90». – Т. 2. – С. 400-403. – Обнинск: ФЭИ, 1991.
19. Kawahara A., Chung P.M.Y., Kawaji M. Investigation of two-phase flow pattern, void fraction and pressure drop in a microchannel. // Int. J. Multiphase Flow. – 2002. – Vol.
20. – РР.1411 - 1435.
21. Tran T.N., Wambsganss M.W., France D.M. Small circular and rectangular channel boiling with two refrigerants. // Int. J. Multiphase Flow. – 1996. – Vol. 22 (3). – PP. 485-498.
22. Xu B., Ooi K.T., Wong N.T., Choi W.K. Experimental Investigation of Flow Friction for Liquid Flow in Microchannels. // Int. Comm. Heat Mass Transfer. – 2000. – Vol. 27. – No. 8. – PP. 1165-1176.
23. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Теплообмен в ядерных энергетических установках. – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 456 с.
24. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергоиздат, 1981. – 415 с.
25. Тонг Л. Кризис кипения и критический тепловой поток. – М.: Атомиздат, 1976. – 100 с.

 экспериментальный стенд рабочий участок подвод и отвод теплоты кризис теплоотдачи граница вскипания результаты экспериментальных исследований

Ссылка для цитирования статьи: Белозеров В.И., Горбач А.С. Исследование кризиса теплоотдачи в каналах малого диаметра. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2020. – № 4. – С. 63-73. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2020.4.06 .