книги из ГПНТБ / Теплообмен в электродуговом нагревателе газа

112

Т а б л и ц а 3-2

114

"

ПО

а (г, + d)’

. Теперь необходимо выяснить: какова должна быть температура t(r2, 0), чтобы электродуговая установка могла длительно работать, если температура /(/т, 0) на теплонапряженной поверхности электрода ниже темпе-

Т а б л и ц а 3-3

-Значения избыточной температуры (2(гг, 0), ”С, на охлаждаемой поверхности цилиндрического катода

ратуры плавления материала электрода; какой максимальный тепловой поток может быть отведен электро­ дом с заданными /ч и d при заданном режиме охлажде­ ния; чему равны критические тепловые нагрузки для разрядной камеры ЭДН Г?

116

Т а б л и ц а 3-4

U7

Как известно, существуют предельные плотности теплового потока, так называемые критические тепловые нагрузки {Л. -162, 169], которые возникают при движении по рабочим каналам охлаждающего тракта как недогретой воды, так и пароводяной смеси. -При достижении критической нагрузки происходит практически мгновен­ ное (кризисное) ухудшение теплообмена, в результате чего температура теплоотдающей поверхности возраста­ ет до недопустимых по условиям термической стойкости значений и разрядная камера выходит из строя.

Природа кризиса теплообмена при вынужденном движении недогретой жидкости состоит в переходе от пузырькового режима кипения в пристеночном погранич­ ном слое к пленочному режиму, характеризующемуся весьма низкой интенсивностью теплообмена. Получен­ ные различными исследователями данные показывают, что практические тепловые нагрузки определяются (по крайней мере, в'первом приближении) давлением, ско­ ростью и величиной недогрева и мало зависят от длины, диаметра и конфигурации канала. Влияние размера ка­ нала начинает сказываться лишь при диаметрах меньше

2 мм.

Д. А. Лабунцовым [Л. 170] были обобщены накоплен­ ные экспериментальные данные по критическим тепло­ вым нагрузкам при движении недогретой воды и паро­ водяной смеси с нулевым паросодержанием в интервале изменения давления 1—200 кгс/см2, скорости движения воды 0,7—45 м/с и при недогревах в диапазоне Аt = = t3— tm= 0 — 240°. Последовательное выявление отдель­ ных факторов функциональной зависимости

Укр— Цѵ, Р, А^нед)

привело в итоге к следующей формуле:

0 ( A W ) = 1 + ^ | : ^ A W

где Ср и г — соответственно удельная теплоемкость воды и теплота парообразования на линии насыщения при давлении воды.

119

Пленочное кипение возникает при некотором превы­ шении температуры охлаждаемой поверхности /ст по сравнению с температурой насыщения ts охлаждающей жидкости при соответствующем давлении.

В і[Л. 171] показано, что существующие формулы для определения величины подогрева At — t ^ — ts, с успехом применяемые при обработке результатов опытов в боль­ шом объеме для труб (при высоких тепловых потоках), приводят к существенной ошибке. Высокие тепловые по­

пень влияния q, V, Ді/нед зависит от соотношения этих величин; их влияние взаимосвязано и очень сложно. При этом установлено, что если--эафиксировать-давление, скорость жидкости и недогрев и постепенно увеличивать тепловой поток, то после достижения некоторой харак­ терной величины дтг.к, при которой температура стенки tCT становится равной температуре насыщения ts, харак­ тер кривой tc.T= f ( q ) становится приблизительно одина­ ковым для всех сочетаний скорости и недогрева. Вели­ чина <7и.к может быть найдена из соотношения

9н.к=='ИД^иед.

Поэтому естественно за начало отсчета брать вели­ чину #н.к, т. е. искать зависимость в виде

At=f(q — qa.K).

Авторы {Л. 171] на основании анализа своих опытных данных и данных других исследований предлагают сле­ дующую эмпирическую зависимость:

где Гк и Ts — абсолютные температуры соответственно для критического состояния и насыщения.

Последняя формула позволяет рассчитывать темпе­ ратуру стенки трубы при кипении недогретой воды с ошибкой до 3% при давлении 1,5 бар и 0,5%' при дав­ лении 90 бар в следующем интервале изменения режим­ ных характеристик:

<7=1,22-5-24,4 МВт/м2; Р = 1,5-5-90 бар; 0= 1-5-21 м/с; Д/ = 1-5-260°С.

120

Все сказанное выше, как и вообще большинство опубли­ кованных работ, посвященных исследованию кризиса ки­ пения при вынужденном движении жидкости в каналах, относится лишь к случаю равномерного распределения тепловых потоков по длине канала. Однако в ЭДНГ и ряде других теплотехнических установок явно выраже­ но неравномерное распределение тепловых потоков по длине канала, в частности наблюдаются местные повы­ шения тепловых потоков — так называемые «горячие пятна» (зона воздействия дуговых пятен в разрядной камере ЭДНГ). В (Л. 172—174] отмечается увеличение

10/8 мм. «Горячее пятно» представляло собой некоторый участок длины Д в котором тепловой поток был в п = 2 и /г=1,35 раза больше, чём на основной части трубки. Опыты проводились при Р = 100 ат, скоростях 2 000; 850; 400 кг/(м2-с) и различных значениях общей длины / и длины Іі. В результате выявлено, что 9кр существенно зависит от длины «горячего пятна», особенно при малых паросодержаниях среды и не слишком больших массо­ вых скоростях. Величина </,ф зависит также от величины I. При этом величина qKp на «пятне», как правило, выше, чем в условиях равномерного обогрева; наличие «горя­ чего пятна» в некоторых случаях превышает значение <7і;р в 2—3 раза. Нетрудно понять, что повышение крити­ ческих тепловых потоков на «горячих пятнах» объясняет­ ся тем, что при неравномерном распределении теплового потока по охлаждаемой поверхности появляется воз­ можность для «растекания» тепла вдоль пристеночного пограничного слоя в сторону уменьшения плотности теп­ лового потока. При этом воздействие на охлаждающую жидкость теплового потока неравномерно распределен­ ной плотности становится как бы аналогичным воздей­ ствием потока некоторой усредненной плотности, отнюдь не максимальной. Эффект аналогичен снижению темпе­ ратуры теплонапряженной поверхности, когда к послед­ ней подводится локальный тепловой поток, по сравне­ нию с температурой при равномерном тепловом потоке той же плотности, что и в локальном пятне.

Охлаждающий тракт в ЭДНГ обычно представляет собой некруглые и непрямые каналы, изогнутые щели и т. п. Распределение теплового потока вдоль канала