Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Самая подробная информация бесплатно и без регистрации скачать музыку у нас на сайте.

АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

АНАЛИЗ

Действительные профили резьбы: Как уже указывалось, профили резьбы в тепловых трубах № 19 и 20 не соответствовали желаемой форме, показанной на фиг. 3.10. Это было установлено при помощи нескольких разрезов через концы резьбовых труб. На фиг. 6.1 и 6.2 показаны два противолежащих профиля резьбы в тепловой трубе № 19 со стороны 1; на фиг. 6.3 и 6.4 показаны профили для тепловой трубы № 20 на стороне 1. Снимки позволяют установить, что труба тепловой трубы № 19 имела эллипсность приблизительно 0,06 мм и что носик резца, которым нарезали тепловую трубу №20, был чрезмерно скруглен. Несмотря на это тепловые трубы № 19 и 20 использовались в экспериментах с тем, чтобы доказать, что даже очень неточно нарезанные резьбы обеспечивают возможность получения высоких тепловых нагрузок поверхностей нагрева.


Для сравнения экспериментальных и теоретических данных действительные измеренные профили были приближенно заменены треугольными профилями с равной площадью и шириной канавок. Эквивалентные углы а приведены в табл. 6.1, причем противолежащие профили отмечены последними цифрами 1 и 2 соответственно. Сравнение с теорией может быть только качественным, так как угол а оказывает большое влияние на расчетные значения тепловых нагрузок.



Расчет тепловых нагрузок, достижимых для эквивалентных профилей резьбы, в соответствии с теорией. В разд. 3.9.2. показано, что максимальные тепловые нагрузки поверхности нагрева зависят также от количества тепла, передаваемого в осевом направлении. В экспериментах это тепло составляло приблизительно от 20 до 40% измеренной позже максимальной тепловой мощности Nmix, так что для оценки, которая и без того является грубой (3.28), можно подставить значение фактора ф (N), равное 0,7. Тогда для расчета х0 соответственно можно применить уравнение (3.31) в виде


Отнесение значения угла ос из табл. 6.1 к сечению х на периметре тепловой трубы по фиг. 3.10 было невозможно. Кроме того, нельзя утверждать, что профили в местах измерения соответствуют профилям на пробных срезах. Поэтому нанесенные на фиг. 6.5 максимальные тепловые нагрузки поверхностей нагрева для эквивалентных углов а могут представлять только порядок достижимых в соответствии с теорией тепловых нагрузок поверхности нагрева. Они вычислялись по уравнениям (6.1) и (3.23), причем последнее в этом случае имело вид



Частота образования пузырей. В опытах на тепловой трубе № 20/2 максимальные измеренные тепловые нагрузки находились в интервале между 120 и 145 вт/см2 (фиг. 5.1). Если бы тепло передавалось за счет теплопроводности через слой воды толщиной всего 0,02 мм и за счет испарения, то понадобился бы температурный напор между стенкой и поверхностью жидкости от 40 до 50 °К. Измеренные же перегревы стенки составляют в среднем только 10 °К (фиг. 3,5). Это означает, что должно иметь место пузырьковое кипение.

Для оценки частоты образования пузырей на фиг. 6.6 изображен с сохранением масштаба профиль резьбы 20/2/1. Радиус кривизны мениска на фигуре составляет 0,12 мм, максимально возможный диаметр пузыря приблизительно равен 0,05 мм. Объем пузырей меньших размеров мал по сравнению с объемом пузыря а. Если принять, что 30% тепла передается посредством теплопроводности и испарения или туманообразования, то теплота N, переносимая за счет образования пузырей на участке а и отнесенная к единице длины канавки dl= dn, определится в виде


Результаты этой оценки позволяют предположить, что течение в канавках, которое в соответствии с допущением, положенным в основу уравнения (3.11), должно быть невозмущенным ламинарным, напротив, сильно завихрено. Однако эта оценка не позволяет определить корректирующий множитель ф(д), поскольку изменение потерь давления на трение вследствие образования пузырей остается неизвестным. Учет этих дополнительных потерь трения возможен путем введения своего рода «турбулентной» вязкости и «турбулентной» теплопроводности.

Возможный эффект, сопутствующий образованию пузырей. Отклонения результатов измерений тепловой мощности для резьбовых канальных труб № 19 и 20 от теоретических значений остаются до сих пер необъяснимыми; это не относится к тепловой трубе с сеткой №21. В соответствии с теоретическими предпосылками [6] характер зависимости от температуры для передаваемой трубой тепловой мощности и для максимальной тепловой нагрузки должен быть аналогичным в соответствии с уравнением (3.23) (фиг. 6.5). В действительности же измеренные значения тепловой мощности для резьбовых канальных тепловых труб в интервале температур от 350 до 500 °К были почти неизменными. При низких температурах они превышали рассчитанные значения на 50—100%. Объяснение этого обстоятельства, возможно, заключается в том, что избыточное давление в пузырях вместе с ускорением молекул пара, вследствие уменьшения поверхности границы раздела фаз при разрушении пузырей, вызывает эжекционный эффект, который уменьшает потери давления, необходимые для ускорения парового потока.

Избыточное давление в пузыре по сравнению с жидкостью составляет рП = 4y/dn. Подставляя dn = s0/2, получаем


Но максимальное значение капиллярной разности давления составляет только


Пар, содержащийся в пузыре, следовательно, поступает с большой скоростью в паровое пространство и может по этой причине внести вклад в ускорение суммарного парового потока в осевом направлении. Требуемая для этого разность давлений при низких температурах составляет значительно большую долю общего падения давления, нежели в области высоких температур (вследствие большего различия в плотностях). Поэтому характер полученной экспериментальным путем зависимости для тепловой мощности может быть предположительно объяснен влиянием образования пузырей.

СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ДАННЫХ

Прямое сравнение экспериментальных данных с расчетными невозможно вследствие большого различия в профилях резьбы (фиг. 5.1 и 6.1). Поэтому сравнение производилось следующим образом. Для полученных из опыта плотностей тепловых потоков при 450 °К, взятых в соответствии с фиг. 5.1 для кривых № 19/1—20/2, требуемые эквивалентные углы а?р рассчитаны с помощью уравнений (6.1) и (6.2). Полученные величины сопоставлены с измеренными значениями а (табл. 6.3). Только для тепловой трубы № 19/1 требуемый угол а?р находится между крайними значениями а, полученными измерением. Для тепловой трубы № 19/2 а?р больше, а это значит, что тепловые нагрузки соответствующие углам а, не были достигнуты. Для труб № 20/1 и 20/2, наоборот, все измеренные значения выше расчетных. Одной из причин, объясняющих это разногласие, является то, что выбор эквивалентных остроугольных прс филей резьбы для замены сильно отличающихся друг от друга действительных профилей резьбы производился при помощи одного и того же метода приближения (фиг. 6.1—6.4). Все же сравнение труб 19/1 с 19/2 и 20/1 с 20/2 показывает, что максимальная тепловая нагрузка при s0 = = const и меньших значениях а была больше полученной по уравнениям (3.23) или (6.2).



Гораздо больший интерес, чем абсолютные значения тепловой нагрузки, представляет зависимость ее от температуры или соответственно от давления насыщенного пара. На фиг. 6.7 нанесены экспериментальные данные с фиг. 5.1 и рассчитанные по уравнениям (6.1) и (6.2) величины тепловых нагрузок, соответствующих значениям ар.

Если принять, что погрешность измерения величины q составляет ±10%, то можно считать, что почти все опытные точки лежат достаточно близко к соответствующим кривым. Только максимум кажется сдвинутым в сторону больших температур по сравнению с расчетом на величину до 20 °К; этот сдвиг тем больше, чем выше было абсолютное значение тепловой нагрузки (фиг. 5.1).

Если на основе такого, пусть приближенного, соответствия сделать вывод, что уравнение (6.2), несмотря на упоминавшиеся неточности, правильно описывает зависимость максимальной тепловой нагрузки от температуры, то это означает следующее: либо образование пузырей не оказывает никакого влияния на величину падения давления вследствие трения в канавках, либо это влияние может быть оценено при помощи не зависящей от температуры константы, коте рая может быть введена в качестве коррегирующего множителя в постоянную Ki (а) или Кг (а).

СРАВНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДАННОЙ РАБОТЫ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ДРУГИХ АВТОРОВ

Чичелли и Бонилла [351 показали, что зависимость максимальной тепловой нагрузки от давления для различных жидкостей и поверхностей нагрева при кипении в большом объеме удобнее всего сравнивать, нанося тепловую нагрузку, отнесенную к критическому давлению q/pKp, в зависимости от относительного давления р/ркр. Они установили хорошее согласование экспериментальных данных, полученных для нескольких жидкостей, с кривой, приведенной на фиг. 6.8; аналогичная зависимость для воды дана Казаковой [36].

По данным обеих работ, максимум тепловой нагрузки следует ожидать в интервале отнссительнсго давления 0,3 < р/ркр < 0,4. По результатам экспериментов на сетчатой тепловой трубе № 21 угол наклона кривой в исследованном интервале давлений совпадает с углом наклона кривой Чичелли и Бонилла [35]. Сравнение по абсолютным значениям не имеет смысла вследствие влияния капилляров. Максимум для опытных данных, полученных на резьбовых канальных тепловых трубах № 19 и 20, обработанных по уравнению (6.2), напротив, лежит в интервале 0,02 < р/ркр С 0,05. Эго значит, что зависимость максимальной тепловой нагрузки от давления в этом случае принципиально отличается от зависимости для условий кипения в большом объеме. Сравнение, по- видимому, подтверждает, что для резьбовых канальных труб эта зависимость определяется в первую очередь диссипативными потерями давления в канавках. Следовательно, совпадение экспериментальных данных при р =i ата (р/ркр = 4,43-10~3) с данными Казаковой является чистой случайностью: в соответствии с теорией при более аккуратно выполненных канавках должны быть достигнуты более высокие тепловые нагрузки (фиг. 6.5 и 6.7). Истмен [13], напротив, утверждает, что для воды при р = 1 атм тепловые нагрузки не могут превышать 100 вт/см2.


Единственные экспериментальные данные, которые могут быть использованы для непосредственного сравнения, это данные Кунца и др. [5] для воды при атмосферном давлении. Как уже было сказано в разд. 3.7.1, эти опыты проводились на плоских, горизонтальных поверхностях нагрева, снабженных капиллярными структурами из сеток, металлических тканей или спеченных насадок. Эти данные сопоставлены с экспериментальными результатами автора статьи в табл. 6.4.


Экспериментальные точки, соответствующие разности ТСТ — Гнаг, превышающей 30 °К, не должны использоваться для сравнения потому, что в этих условиях следует уже ожидать образования пленки. Из таблицы видно, что максимальная тепловая нагрузка уменьшается с ростом толщины фитиля и по мере повышения густоты сетки. Результаты для тепловой трубы № 21 соизмеримы с результатами Кунца и др. [51, полученными на сетке 50 меш. Для резьбовых канальных тепловых труб при известных условиях достигаются более высокие тепловые нагрузки, нежели при кипении в тонком слое без капилляров.

Тепловые трубы: Перевод с английского и немецкого Под редакцией проф., д-ра техн. наук Э. Э. ШПИЛЬРАЙНА.: ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР: Москва 1972

Экспертиза

на главную