Файл: Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие.pdf

необходимого условия существования фаз в общепринятом

смысле). Поэтому в закритической области фазы иногда называют ложными, а при отсутствии равновесия переход от жидкой фазы к паровой происходит быстро и непрерыв­ но. Изменение физических свойств не носит скачкообразно­ го характера, а теплообмен при сверхкритическом состоя­ нии рассматривается как теплообмен в однофазной среде с весьма сильной зависимостью физических свойств тепло­ носителя от температуры. Температурные напоры в реаль­ ных аппаратах могут составлять десятки и сотни граду­ сов. Поэтому обычные формулы конвективного теплообмена, не учитывающие сильного изменения физических свойств, становятся непригодными для околокритической области.

Наиболее сильное изменение в области околокритичес­ ких параметров претерпевает плотность и теплоемкость среды, а также ее теплопроводность и вязкость. В каче­ стве примера на рис. 6.29 показано изменение теплофизи­

критической области плотности жидкой и паровой фаз рез­ ко отличаются (кривые I и 2)

266

В сверхкритической области (кривая 3) среда формально однофазная. Кривая плотности в значительной части по­ вторяет соответствующие кривые для докритических усло­ вий. Закономерности теплообмена для однофазной среды в зонах I и Шодинаковы при любых давлениях. В зоне П относительно небольшому изменению температуры отвечает сильное изменение энтальпии и в еще большей степени

но фазовых изменений и оставаясь однофазной, называет­ ся зоной квазифазовых превращений. В этой зоне законо­ мерность изменения энтальпии среды в зависимости от температуры обусловлена характерным экстремальным из­ менением теплоемкости. Поэтому в теплотехнике зону квазифазовых превращений чаще называют зоной максималь­ ной теплоемкости.

На рис. б .30 показаны зоны максимальных теплоемкотей для различных давлений. Как видно из рис. 6.50,

?25от

»

г

267

ходит через максимум и критерий Прандтля Рг = -д •

3 этом случае охлаждение поверхности нагрева будет наи­ более эффективным.

Существенное изменение плотности среды в зависимос­ ти от температуры в зоне квазифазового перехода обус­ ловливает специфические особенности характера теплооб­ мена при закритических параметрах. При нагревании теп­ лоносителя плотности среды у поверхности нагрева и в ядре потока резко отличаю тся. В слоях среды, соприка­ сающихся со стенкой, происходит постепенное образова­ ние паровой фазы. Чем больше температурный напор и плотность теплового потока, тем больше переменность свойств теплоносителя по сечению канала, тем меньше плотность среды у стенки. При определенных условиях, когда тепловые нагрузки с та н ут чрезмерными, а массовые скорости потока небольшие, в пограничном слое может произойти полное вытеснение жидкой фазы паровой фазой. В этом случае происходит резкое уменьшение коэффициен­ та теплоотдачи , чрезмерный рост температуры стенки и наступает режим ухудшенного теплообмена.

Существенное изменение закономерностей теплообмена в зоне максимальной теплоемкости хорошо видно из рис. 6 .3 1 , где показано изменение коэффициента те п ло о т-

XXOJ7

iOjэ= 700 кг/м '-сек в зависимости от энтальпии потока. При умеренных тепловых потоках коэффициент теплоотдачи аС с ростом температуры и энтальпии сначала р а с те т,

268

несмотря на уменьшение плотности среды (по аналогии с процессом парообразования в докритической области).При значительном падении плотности теплоотдача начинает ухудшаться. При больших тепловых нагрузках: изменение коэффициента теплоотдачи носит кризисный характер по аналогии с кризисом теплоотдачи при кипении в докрити­ ческой области, когда пузырьковое кипение переходит в пленочное. Наиболее сильное уменьшение коэффициента теплоотдачи происходит, когда температура ядра потока

На процесс возникновения режима ухудшенного тепло­ обмена оказывает влияние не только тепловая нагрузка и температурный напор, но и массовая скорость теплоно­ сителя. С увеличением массовой скорости растет турбу­ лентное перемешивание потока, и интенсивный отвод от стенки среды с малой плотностью способствует повышению коэффициента теплоотдачи и допустимой тепловой нагруз-

Рис. 6 .3 ? . Величина допустимого теплового потока для труб 3? х 6 при температуре среды ?ПО°? и

наружной поверхности трубы ччо0? я зависи­ мости от массовой'скорости

Следовательно, на процесс ухудшения теплообмена, нежелательный при эксплуатации теплообменных аппаратов,

можно воздействовать таким же образом, как и при кризи­ се теплообмена первого рода в среде докритических пара­ метров. По данным опытов[Тг>], появление режима ухудшен­

ного теплообмена наблюдалось при следующем соотношении режимных параметров:

269

Я •{Q

в сечении при охлаждении потока (например, при теплоот­ даче от теплоносителя к среде второго контура в паро­ генераторах) обусловливает появление режима улучивиной теплоотдачи, когда у поверхности охлаждения будут на­ ходиться более плотные слои, а в ядре потока - более легкие. При этом процесс теплоотдачи во многом сходен с процессом конденсации и поэтому иногда носит назва­ ние процесса псевдоконденсации. Такие процессы характе­ ризуется высокими коэффициентами теплоотдачи.

По определению коэффициентов теплоотдачи при нагре­ вании среды закритических параметров был выполнен це­ лый ряд экспериментальных исследований. В качестве при­ мера приведем зависимость Е.А.Краснощекова и В.С.Про­ топопова для расчета местного коэффициента теплоотда­ чи при турбулентном режиме [3 0 ]

270