Попов, Игорь Александрович. Гидродинамика и теплообмен в пористых теплообменных элементах и аппаратах. Интенсификация теплообмена : монография

гидродинамика и теплообмен б пористых теплообмекных элементах и аппаратах 5.1. Исследование процессов теплообмена в высокопористых структурах при течении вскипающих жидкостей. Решение для области однофазного течения Рассмотрим решение для области однофазного течения вскипающей жидкости в канале с BILHM, полученное Ю.Ф.Гортышовым и И.Н.Надыровым. Пусть недогретая до темпе­ ратуры насыщения жидкость по­ ступает с заданным расходом в горизонтальный канал прямо­ угольного сечения с равномерно обогреваемой верхней стенкой. В канал помещена вставка из высо­ копористого проницаемого ячеи­ стого материала (рис.5.1). В зоне АВ теплообмен осуществляется за счет вынужденной однофазной конвекции и переноса тепла по каркасу вставки вглубь канала. На некотором расстоянии от входа в точке В перегрев на стенке дости­ гает значения, достаточного для начала поверхностного кипения. Однако жидкость в объеме еще существенно недогрета до температ^'ры на­ сыщения, поэтому образующиеся паровые пузыри сосредоточены в пристен­ ной области и скользят после отрыва вдоль поверхности стенки до момента прекращения пузырькового кипения - кризиса кипения в недогретой жидко­ сти. В отличие от канала без вставки канал с пористой вставкой благодаря металлическому каркасу отдает больще тепла от нагреваемой стенки в ос­ новное пространство. Поэтому на нагреваемой стенке канала со вставкой ко­ личество пузырьков, частота и скорость их роста выше, чем на гладкой стен­ ке, вследствие чего значительно усиливается и теплообмен. Таким образом, в соответствии с данной моделью моясно предпололсить, что механизм тепло­ обмена при кипении жидкости в канале с пористой вставкой включает в себя следующие составляющие; теплообмен при испарении жидкости в зоне ки­ пения; передачу тепла через каркас вставки и ясидкость в порах; теплообмен вследствие сильного перемешивания жидкости в канале со вставкой. Математическое описание процесса достаточно сложно и в настоящее время не имеет точного аналитического решения. При проведении дальней­ ших анализов канал с пористой вставкой при течении жидкости с фазовыми переходами условно подразделяется на две области: область кипения и об­ ласть однофазной конвекции (рис.5.1). Границей раздела является поверх­ ность, проходящая через изотерму T=Ts. При записи стационарных осред- ЖИДКОСТИ V Рис.5.1. Модель кипения недогретой жидкости в пористой среде: I - тече­ ние однофазной жидкости; II - тече­ ние жидкости с фазовым переходом: I - область кипения; 2 - область од­ нофазной конвекции 1 1 1