Труды 4-й РНКТ (2006). Том 4. Кипение, кризисы кипения, закризисный теплообмен

Павленко А.Н., Стародубцева И.П.
Численное моделирование эволюции сухих пятен в стекающих пленках жидкости

Институт теплофизики СО РАН им. С.С. Кутателадзе, г. Новосибирск, Россия

Аннотация

Проведен численный эксперимент для описания критических явлений при интенсивном теплообмене в стекающих волновых пленках криогенной жидкости на ограниченных по длине тепловыделяющих поверхностях.
Численное моделирование тепловой устойчивости сухих пятен с условиями теплоотдачи, определяемыми экспериментально, дает удовлетворительное согласие с полученными в экспериментах значениями критической плотности теплового потока. Это подтверждает гипотезу о том, что в определенных режимах течения пленки развитие кризиса осушения связано с распространением температурного возмущения вверх по потоку при достижении порога тепловой устойчивости сухих пятен. Величина критического теплового потока при этом существенно ниже расчета по известным гидродинамическим моделям.

Заключение

Методами численного моделирования исследована тепловая устойчивость и эволюция сухих пятен на ограниченных и неограниченных по длине нагревателях с различными теплофизическими свойствами и геометрическими параметрами. Численный эксперимент проведен для описания критических явлений при теплообмене в стекающих волновых пленках криогенной жидкости.
Исследованы краевые эффекты, приводящие к тому, что поведение сухого пятна, локализованного у края нагревателя, отлично от поведения пятна на неограниченном по размерам нагревателе. Показано, что на ограниченной тепловыделяющей поверхности при наличии локальных сухих пятен наблюдается значительное снижение критической плотности теплового потока и резкое нелинейное увеличение скорости распространения фронта при его приближении к теплоизолированной границе нагревателя.
Результаты численного моделирования тепловой устойчивости сухих пятен при пленочном течении жидкости с условиями теплоотдачи, определяемыми экспериментально, дают удовлетворительное согласие с измеренными значениями критической плотности теплового потока. Показано, что в условиях развития данного типа кризиса теплоотдачи критический тепловой поток существенно ниже расчета по известным гидродинамическим моделям.
Достоверность полученных результатов подтверждена прямым сравнением с существующими аналитическими решениями в предельных областях и с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы определяется важностью полученных результатов для количественного определения границ оптимальных и аварийных режимов работы различных типов теплообменников с высокой энергонапряженностью. Важным следствием численного моделирования, проведенного в рамках исследования кризисных явлений при кипении в стекающих пленках жидкости, является выявление зависимости критического теплового потока и динамических характеристик развития кризиса в данных условиях от теплофизических свойств и толщины тепловыделяющей стенки.
Полученные результаты важны для выявления фундаментальных закономерностей развития переходных процессов и кризисов при кипении и испарении, в том числе в стекающих пленках жидкости, для разработки новых подходов к описанию кризисных явлений при различных законах тепловыделения.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (Грант № 05 - 08 - 18022-а).

Скачать/просмотреть текст доклада (в формате pdf)

Следующая страница: Павлов П.А. Ударный режим кипения: теория и приложения