ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ НЕДОГРІТОМУ КИПІННІ В ТРУБАХ (ОГЛЯД)

Автори

П. Г. Гакал, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (61070, Україна, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: p.gakal@khai.edu, ORCID: 0000-0003-3043-2448

Г. О. Горбенко, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (61070, Україна, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: gennadiy.gorbenko@ctph.com.ua

Р. Ю. Турна, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (61070, Україна, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: rustem.turna@ctph.com.ua

Е. Р. Решитов, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «ХАІ» (61070, Україна, м. Харків, вул. Чкалова, 17), e-mail: edem.reshitov@ctph.com.ua

Анотація

В статті наведено огляд кореляцій та моделей для визначення інтенсивності теплообміну під час недогрітого кипіння теплоносія у трубах. Кореляції, як правило, ґрунтуються на безрозмірних числах подібності, в той час як в моделях недогрітого кипіння використовується принцип суперпозиції складових теплообміну під час вимушеної конвекції та розвиненого пузиркового кипіння. Різними авторами запропоновано різні підходи до реалізації принципу суперпозиції. В статті виконано аналіз переваг та недоліків кореляцій та моделей. Переваги та недоліки визначалися як шляхом аналізу фізичних закономірностей недогрітого кипіння, так і порівнянням результатів, одержаних авторами статті за допомогою різноманітних моделей з експериментальними даними під час дослідження недогрітого кипіння аміаку в циліндричній трубі, що обігрівалась. Діаметр експериментальної труби складав d=6,9 мм, довжина L=150 мм, недогрів на вході дорівнював ~5 K, температура насичення знаходилася в діапазоні 61–65 °C, масова витрата складала 7,5 г/с, густина теплового потоку знаходилася в діапазоні 5–18 Вт/см². В результаті огляду та порівняння з експериментальними даними визначено, що існуючі кореляції та моделі описують недогріте кипіння аміаку з недостатньою точністю, особливо у разі спільного впливу вимушеної конвекції та пузиркового кипіння. Тому необхідно або уточнювати існуючі кореляції і моделі, або розробляти нові моделі для більш точного опису теплообміну під час недогрітого кипіння аміаку в трубах, що обігріваються, у вказаному вище діапазоні параметрів.

Ключові слова: недогріте кипіння, пузиркове кипіння, вимушена конвекція, моделі недогрітого кипіння, принцип суперпозиції, аміак.

Література

1. Shaw F. D. Boiling heat transfer to subcooled liquids under the conditions of forced convection. Inst. Chem. Eng. 1972. No. 50. P. 76–84.
2. Prodanovic V. Bubble Behavior in Flow Boiling at Low Pressures and Flow Rates. A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of doctor of philosophy. The University of British Columbia, 2001. 179 p.
3. Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике. М.: Моск. энерг. ин-т, 2000. 388 с.
4. Chen J. C. A correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow. of 6^th National Heat Transfer Conf. August11–14, 1963. Boston, USA. ASME preprint 63-HT-34.
5. Winterton Z. L. A General Correlation for Saturated and Subcooled Flow Boiling in Tubes and Annuli, based on a Nucleate Pool Boiling Equation. J. Heat Mass Transfer. 1991. Vol. 34, No. 11. P. 2759–2766.
6. Kutateladze S. S. Boiling Heat Transfer. J. Heat Mass Transfer. 1961. No. 5. P. 31–45.
7. Bowring R. W. Physical Model Based on Bubble Detachment and Calculation of Steam Voidage in the Subcooled Region of a Heated Channel. HPR-10, Institutt for Atomenergi, Halden, Norway, 1962.
8. Engelberg-Forster K. Heat transfer to a boiling liquid – mechanism and correlations. ASME J. Heat Transfer. 1959. Ser. C. No. 81. P. 43–53.
9. Rohsenow W. M. A method of correlating heat transfer data for surface boiling of liquids. ASME J. Heat Transfer. 1952. No. 74. P. 969.
10. Bergles A. E. The determination of forced convection surface boiling heat transfer. of 6^th National Heat Transfer Conf. August11–14, 1963. Boston, USA. ASME Paper 63-HT-22.
11. Kandlikar S. G. Heat Transfer Characteristics in Partial Boiling, Fully Developed Boiling, and Significant Void Flow Regions of Subcooled Flow Boiling. J. Heat Transfer. Vol. 120. P. 395–401.
12. Hsu Y. Y. On the Size Range of Active Nucleation Cavities on a Heating Surface. ASME J. Heat Transfer. Vol. 84. P. 207–216.
13. Sato T. On the Conditions of Incipient Subcooled Boiling with Forced Convection. Bulletin JSME. 1964. Vol. 7. No. 26. P. 392–398.

Надійшла до редакції 30 листопада 2018 р.