Переходное и пленочное кипение недогретой воды на сферических поверхностях *

Ю.П. Ивочкин², К.Г. Кубриков², А.П. Крюков¹, Ю.Ю. Пузина¹

¹ Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва, Россия
² Объединенный Институт Высоких Температур, г. Москва, Россия

Создана экспериментальная установка, позволившая изучать особенности пленочного и переходного кипения недогретой воды на горячих поверхностях, температура которых достигает ~1600?С. Опыты проводились при атмосферном давлении с использованием сферических и каплеобразных тел, имеющих диаметр 5–10 мм и изготовленных из разных металлов (олово, цинк, шарикоподшипниковая сталь). Ранее разработанное математическое описание дополняется учетом излучения от нагревателя к межфазной поверхности. Анализируются факторы влияния на толщину паровой пленки, в частности давление окружающей среды, глубина погружения и др.

Заключение

Полученные экспериментальные данные по поведению паровых оболочек охладителя около горячих тел, нагретых индукционным способом до температуры ~ 1600 ^oC обладают новизной и оригинальностью. Они, в частности, демонстрируют, что, в отличие от общепринятых представлений, отвод пара с поверхности раздела фаз определяется не только гидродинамическими факторами, такими как капиллярная постоянная или критическая длинна волны, но и тепловыми параметрами, например, температурой нагретой поверхности, значение которой существенным образом влияет на частоту отрыва парообразований.

Рассмотрено стационарное пленочное кипение недогретой жидкости на поверхности шара. Система уравнений относительно толщины паровой пленки и температуры межфазной поверхности решена с учетом теплопереноса излучением в паровой пленке. Анализ результатов расчета показывает, что температура межфазной поверхности зависит от глубины погружения нагревателя, тогда как размер паровой пленки определяется температурами жидкости и нагревателя.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект №15-08-06145).

Обозначения
g – ускорение свободного падения, м/с2;
h – глубина погружения, м;
Р – давление, Па;
Rw – радиус, м;
T – температура, К;
Греческие:
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К);
δ – толщина пленки, м;
λ – теплопроводность, Вт/(м?К);
ρ – плотность, кг/м3;
σ – коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;
Индексы:
1 – параметры межфазной поверхности;
b – параметры над поверхностью жидкости;
s – параметры на линии насыщения;
w – параметры нагревателя;
' – параметры жидкости;
" – параметры пара.

Литература

1. On the formation of vapor film during quenching in de-ionized water and elimination of film boiling during quenching in natural sea water / Shu-Han Hsu, Yuan-Hong Ho, Ming-Xi Hi, Jian Chiuan Wang, Chin Pan // Int. J. of heat and mass transfer. 86 (2015) P.65-71.

2. Roy Freud, Ronen Harari, Eran Sher Collapsing criteria for vapor film around solid spheres as a fundamental stage leading to vapor explosion // Nuclear Engineering and Design 239 (2009) 722–727.

3. Пузина Ю.Ю., Ковалев С.А., Кубриков К.Г. Стационарное состояние паровой пленки при взаимодействии горячего шара с недогретой жидкостью. // Вестник МЭИ, 2013. №4. С.41-46.

4. Лексин М.А., Ягов В.В., Варава А.Н. Экспериментальное исследование теплоотдачи в условиях интенсивного охлаждения металлического шара. // Вестник МЭИ, 2009 №2, С. 28–34.

5. Ивочкин Ю.П., Вавилов С.Н., Зейгарник Ю.А., Кубриков К.Г. К вопросу об отсутствии фрагментации горячих капель при малых недогревах охладителя.// Теплофизика и аэромеханика, 2012, том 19, № 4. С. 475 – 481.

6. Муратова Т.М., Лабунцов Д.А. Кинетический анализ процессов испарения и конденсации. // ТВТ. 1969. Т. 7. № 5. С. 959–967.

7. Пузина Ю.Ю. Влияние давления на пленочное кипение недогретой воды. // Труды 6-ой Российской Национальной Конференции по Теплообмену. – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. – С.4-33.

8. Wayne S. Amato and Chi Tien Free convection heat transfer from isothermal spheres in water // Int. J. Heat Mass Transfer. 1972. Vol. 15, pp. 327-339.

* Ю.П. Ивочкин, К.Г. Кубриков, А.П. Крюков, Ю.Ю. Пузина. Пленочное и переходное кипение недогретой воды на сферических поверхностях // Тезисы Минского международного форума по тепломассообмену, 23-26 мая 2016 года, г. Минск, Беларусь – Минск: ИТМО НАНБ им. А.В. Лыкова, 2016. – Т. 1, С. 335–338.

Ю.П. Ивочкин, К.Г. Кубриков, А.П. Крюков, Ю.Ю. Пузина. Пленочное и переходное кипение недогретой воды на сферических поверхностях // Доклады Минского международного форума по тепломассообмену, 23-26 мая 2016 года, г. Минск, Беларусь – Минск: ИТМО НАНБ им. А.В. Лыкова, 2016. – Сборник на компакт диске. SN2-2-12.

Следующая страница: Влияние параметров на темп охлаждения шара в недогретой жидкости