Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ДИНАМИКА ВСКИПАНИЯ В СТРУЯХ ПЕРЕГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ЧЕРЕЗ КОРОТКИЙ ЩЕЛЕВОЙ КАНАЛ

Работа №101986

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

теплоэнергетика и теплотехника

Объем работы24
Год сдачи2015
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
199
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Актуальность темы исследования. Истечение двухфазных сред исследуется в связи с процессами, происходящими в различных энергетических, криогенных и химических аппаратах. Актуальность таких исследований связана с решением проблем безопасности энергетического оборудования при аварийной разгерметизации контура теплоносителя. На последствия аварии с локальной разгерметизацией трубопровода (сосуда) высокого давления влияют различные факторы, например расход теплоносителя, форма струи и, ее динамическая реакция на элементы конструкции. Использование предельных и критических тепловых нагрузок в современном энергетическом оборудовании приводит к тому, что при разгерметизации сосуда высокого давления жидкие теплоносители оказываются в неравновесном или метастабильном состояниях с пониженной устойчивостью. В сильно перегретой метастабильной жидкости фазовое превращение может происходить по механизму взрывного вскипания [1], которое сопровождается выделением значительного количества энергии, что может приводить к гидравлическим ударам и нарушению технологических режимов. Актуальной задачей является установление закономерностей и характеристик интенсивного вскипания в перегретой жидкости при глубоких заходах в область метастабильных фазовых состояний в условиях мощного тепловыделения, приводящего к паровому взрыву.
Быстрый сброс давления в сосудах с горячей жидкостью используется как высокоэффективный способ для мелкодисперсного распыления различных веществ и топлив [2]. Взрывное вскипание нашло эффективное практическое применение в новой технике пожаротушения [3].
Экспериментальные исследования быстрой разгерметизации с парообразованием жидкости применительно к задачам описания разрыва элементов охлаждающих систем были инициированы академиком В.П. Скриповым. Проведенные в Институте теплофизики УрО РАН исследования взрывного вскипания перегретых жидкостей основаны на знании кинетики парообразования в условиях высоких перегревов. Были исследованы динамические характеристики струи вскипающей жидкости в условиях высоких перегревов и интенсивного зародышеобразования при истечении через короткие цилиндрические каналы [4,5]. Существенное влияние на динамические характеристики вскипающих потоков оказывают геометрические условия истечения, в частности, изменение формы выходного канала. В диссертационной работе были поставлены задачи экспериментального исследования динамики вскипания сильно перегретых жидкостей при истечении через щелевые каналы.
Цель работы: экспериментальное исследование динамики вскипания в плоских струях горячих воды, этанола и водных растворов этанола при разных степенях перегрева, в том числе предельных, и различных механизмах парообразования; выявление условий кризисного поведения интегральных характеристик струй - реактивной отдачи и формы; нахождение и исследование низкочастотных пульсаций с 1//- спектром в струе перегретой жидкости для обнаружения переходных режимов вскипания.
Научная новизна исследования:
1. Проведены систематические экспериментальные исследования динамических характеристик струй вскипающей воды, этанола и его водных растворов в условиях высоких и предельных перегревов при истечении через короткий щелевой канал в атмосферу.
2. Установлено влияние механизмов парообразования на эволюцию формы плоской струи вскипающей жидкости. Обнаружено кризисное поведение формы струи (полное раскрытие струи) и реактивной отдачи при истечении из сосуда высокого давления при начальных параметрах, соответствующих, как линии насыщения, так и линиям с постоянным начальным давлением (изобарам).
3. Определены геометрические условия за выходом из короткого щелевого канала, способствующие полному раскрытию струи и резкому падению ее реактивной силы.
4. Обнаружено присутствие во вскипающей струе низкочастотных пульсаций со спектром мощности, обратно пропорциональным частоте (1//- спектром) и установлена связь с переходными режимами кипения - перехода от вскипания на отдельных невзаимодействующих центрах кипения к интенсивному парообразованию на многочисленных гетерогенных центрах, при переходе от интенсивного гетерогенного парообразования к гомогенному флуктуационному вскипанию, - и с переходами к полному раскрытию струи.
Теоретическая и практическая значимость работы
Фундаментальная ценность работы связана с получением новых знаний о закономерностях вскипания и динамических характеристиках струй при разгерметизации сосудов высокого давления в условиях высоких и предельных перегревов жидкости.
Экспериментальные исследования быстрой разгерметизации сосудов высокого давления с горячей жидкостью и взрывообразным парообразованием связаны с проблемой безопасности объектов атомной энергетики, криогенной спецтехники и элементов энергетического оборудования. Результаты работы могут служить основой для выработки рекомендаций по оценке реактивных усилий струй двухфазных сред в энергонапряженных процессах. Результаты наших опытов нашли применение в модернизации пожарной техники нового поколения, использующей горячую воду в качестве противопожарного агента.
Обнаруженные крупномасштабные пульсации с 1// - спектром указывают на необходимость проведения спектральной диагностики в аппаратах с предельными и критическими тепловыми нагрузками.
Результаты экспериментальных исследований динамики вскипания могут быть полезны и для других технических устройств, в частности, для распыления топлив.
Работа соответствует паспорту специальности 01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника для физико-математических наук (п. 1. Фундаментальные, теоретические и экспериментальные исследования молекулярных и макросвойств веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии для более глубокого понимания явлений, протекающих при тепловых процессах и агрегатных изменениях в физических системах).
Защищаемые положения:
1. Кризисное поведение реактивной отдачи плоских вскипающих струй обусловлено интенсивным вскипанием в струе и наличием прилегающей плоскости в сечении выходного среза канала.
2. Форма плоских струй вскипающей жидкости детерминирована степенью перегрева и внешними геометрическими условиями за коротким каналом.
3. Резкое снижение величины реактивной отдачи струи связано с полным раскрытием струи.
4. Детектирование переходных режимов поведения потока вскипающей жидкости возможно посредством обнаружения низкочастотных пульсаций с 1// - спектрами.
Личный вклад автора
Автор принимал непосредственное участие в подготовке, проведении и обработке опытов по измерению реактивной отдачи вскипающих плоских струй и в получении спектров мощности пульсаций. Лично диссертантом выполнено изготовление внешних прилегающих плоскостей, использованных в исследованиях. Эксперименты проводились совместно с научным руководителем Решетниковым А.В. и научным консультантом Мажейко Н.А. На основании полученных экспериментальных результатов коллективом готовились научные публикации.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены на следующих российских и международных конференциях и семинарах: Х-Х1У всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (Екатеринбург, 2009-2013 гг.); Пятая Российская национальная конференция по теплообмену РНКТ-5 (Москва, 2010 г.); XVIII и XIX школа-семинар под руководством академика А.И. Леонтьева (Звенигород, 2011 г., Орехово-Зуево, 2013 г.); XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену (Минск, 2012 г.); VIII Всероссийский семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике (Екатеринбург, 2013 г.).
Публикации
По теме работы опубликовано 5 статей в научных рецензируемых журналах, определенных ВАК, 10 тезисов докладов всероссийских и международных конференций.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 104 страницах, содержит 33 рисунка, 2 таблицы, список литературы из 118 наименований, в том числе 46 на иностранном языке.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


В работе проведено комплексное экспериментальное исследование динамических характеристик струй (форма, реактивная сила, флуктуационные процессы) перегретых воды, этанола и водных растворов этанола при истечении через короткий щелевой канал из камеры высокого давления.
Основные результаты и выводы:
1. Проведено экспериментальное исследование динамической реакции струй перегретых жидкостей (вода, этанол, водные растворы этанола) при истечении их через короткий щелевой канал в широком температурном интервале от 20 °С до 310 °С при изменении давления до 11 МПа.
2. Выделены характерные формы и структуры вскипающей струи,
соответствующие разным степеням начального перегрева жидкости (малым, умеренным, высоким и предельным) и различным механизмам
парообразования (кипение на одиночных не взаимодействующих центрах, интенсивное гетерогенного парообразования, гомогенное флуктуационное вскипание) при истечении через короткий щелевой канал
3. Определены геометрические условия за выходом из канала, приводящие к полному раскрытию струи.
4. Установлено, что при полном раскрытии струи наблюдается резкое уменьшение величины реактивной отдачи струи вскипающей жидкости - кризисное поведение реактивной отдачи.
5. Найдено, что реактивная отдача струи перегретой жидкости превосходит отдачу гидравлического истечения в условиях интенсивного гетерогенного парообразования при диффузорных геометрических условиях за выходом из канала.
6. Определены спектры мощности пульсаций в различных режимах истечения. Установлена связь низкочастотных пульсаций с 1// - спектром мощности и переходными режимами вскипания: переход от одиночных центров кипения к интенсивному гетерогенному парообразованию и от интенсивного гетерогенного парообразования к гомогенному флуктуационному вскипанию.



А1. Бусов, К.А. Динамические характеристики вскипающих струй перегретых водных растворов / А.В. Решетников, Н.А. Мажейко А.В. Виноградов, К.А. Бусов, В.П. Коверда // Теплоэнергетика. - 2010. - № 8. - С. 69-73 (0.31 п.л. / 0.1 п.л.).
А2. Бусов, К.А. Динамические характеристики струй перегретой воды при истечении через короткие каналы / К.А. Бусов // Тепловые процессы в технике. - 2011. - Т. 3. - № 7. - С. 308-313 (0.31 п.л. / 0.2 п.л.).
А3. Бусов, К.А. Переходные режимы вскипания струй перегретой воды / А.В. Решетников, К.А. Бусов, Н.А. Мажейко, В.Н. Скоков, В.П. Коверда // Теплофизика и аэромеханика. - 2012. - Т. 19. - № 3. - С. 359-367 (0.56 п.л. / 0.1 п.л.).
А4. Бусов, К.А. Взрывное вскипание и полный развал струи перегретой воды / А. В. Решетников, В. В. Роенко, Н. А. Мажейко, В. П. Коверда, С. П. Храмцов, К. А. Бусов, А. В. Пряничников // Тепловые процессы в технике. - 2013. - № 7. - С. 295-302 (0.50 п.л. / 0.1 п.л.).
А5. Busov, K.A. Disintegration of Flows of Superheated Liquid Films and Jets / A.N. Pavlenko, V.P. Koverda, A.V. Reshetnikov, A.S. Surtaev, A.N. Tsoi, N.A. Mazheiko, K.A. Busov, V.N. Skokov // Journal of Engineering Thermophysics. - 2013. - V. 22. - № 3. - P. 174-193 (1.25 п.л. / 0.1 п.л.).
Другие публикации:
А6. Бусов, К.А. Динамические характеристики струй перегретой воды / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко // 11 всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества: тез. докл. Екатеринбург, 15-21 ноября, 2010 г. - Екатеринбург: ИФМ, 2010. - С. 188 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
А7. Бусов, К.А. Кризисные явления в струе вскипающих водных растворов / А.В. Решетников, Н.А. Мажейко, К.А. Бусов, В.П. Коверда, В.В. Роенко // Пятая Российская национальная конференция по теплообмену РНКТ- 5: тез. докл. Москва, 25-29 октября, 2010 г. - М.: МЭИ, 2010. - С. 153-156 (0.25 п.л. / 0.1 п.л.).
А8. Бусов, К.А. Динамические характеристики струй перегретой воды при истечении через короткие каналы / К.А. Бусов // XVIII Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева “Проблемы газодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях”: тез. докл. Звенигород, 23-27 мая, 2011 г. - М.: МЭИ, 2011. - C. 165-166 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
А9. Бусов, К.А. Изучение формы струи перегретых жидкостей при истечении через короткий щелевой канал / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко // 12 всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества: тез. докл. Екатеринбург, 14-20 ноября, 2011. - Екатеринбург: ИФМ, 2011. - С. 141 (0.06 п.л. / 0.01 п.л.).
А10. Бусов, К.А. Реактивная сила струи перегретых жидкостей при истечении через щелевой канал / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену Минск, 10-13 сентября, 2012 г. - Минск.: ИТМО НАНБ, 2012. - С. 426-429 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
А11. Бусов, К.А. Взрывное вскипание в струях перегретых жидкостей при истечении через щелевой канал / А.В. Решетников, К.А. Бусов, Н.А. Мажейко, В.П. Коверда // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену Минск, 10-13 сентября, 2012 г. - Минск.: ИТМО НАНБ, 2012. - С. 587-589 (0.06 п.л. / 0.01 п.л.).
А12. Бусов, К.А. Истечение струи перегретой воды из короткого щелевого канала при различных внешних геометрических условиях / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко // 13 всероссийская молодежная школа- семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества: тез. докл. Екатеринбург, 7-14 ноября, 2012 г. - Екатеринбург: ИФМ, 2011. - С. 205 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
А13. Бусов, К.А. Вскипание перегретой воды при истечении через короткий щелевой канал / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко, А.С. Суртаев // XIX Школа-семинар молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева "Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках": тез. докл. Орехово-Зуево, 20¬24 мая, 2013 г. - М.: МЭИ, 2013. - C. 241-242 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
А14. Бусов, К.А. Распыл перегретой жидкости при истечении через короткий щелевой канал / Н.А. Мажейко, А.В. Решетников, К.А. Бусов // VIII Всероссийский семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике: тез. докл. Екатеринбург, 12-14 ноября, 2013 г. - Екатеринбург: ИПЦ УрФУ, 2013. - С. 102 (0.06 п.л. / 0.01 п.л.).
А15. Бусов, К.А. Взрывное вскипание в потоках горячей жидкости / А.В. Решетников, В.П. Коверда, Н.А. Мажейко, К.А. Бусов // VIII Всероссийский семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике: тез. докл. Екатеринбург, 12-14 ноября, 2013 г. - Екатеринбург: ИПЦ УрФУ, 2013. - С. 134 (0.06 п.л. / 0.01 п.л.).
А16. Бусов, К.А. Реактивная отдача струй перегретых жидкостей при истечении через щелевой канал / К.А. Бусов, А.В. Решетников, Н.А. Мажейко // VIII Всероссийский семинар ВУЗов по теплофизике и энергетике: тез. докл. Екатеринбург, 12-14 ноября, 2013 г. - Екатеринбург: ИПЦ УрФУ, 2013. - С. 205 (0.06 п.л. / 0.03 п.л.).
СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скрипов, В.П. Метастабильная жидкость / В.П. Скрипов. - М.: Наука, 1972. - 312 с.
2. Eggers, J. Physics of liquid jets / J.Eggers, E.Villermaux // Rep. Prog. Phys. - 2008. - V.71. - Р. 1-79.
3. Решетников, А. В. Взрывное вскипание и полный развал струи перегретой воды / А. В. Решетников, В. В. Роенко, Н. А. Мажейко, В. П. Коверда, С. П. Храмцов, К. А. Бусов, А. В. Пряничников // Тепловые процессы в технике. -2013. - № 7. - С. 295-302.
4. Решетников, А.В. Струи вскипающих жидкостей / А.В. Решетников, Н.А. Мажейко, В.П. Скрипов // ПМТФ. - 2000. - Т.41. - № 3. - С. 125-132.
5. Хлесткин Д.А. Определение расходов метастабильной жидкости / Д.А. Хлесткин // Теплоэнергетика. - 1978. - № 1. - С. 78-80.
6. Павлов, П.А. Динамика вскипания сильно перегретых жидкостей П.А. Павлов. - С.: УрО АН СССР, 1988. - 244 с.
7. Коверда, В.П. 1/f- шум в критическом неравновесном фазовом переходе / В.П. Коверда, В.Н. Скоков, В.П. Скрипов // Письма в ЖЭТФ. - 1996. - Т.63. - № 9. - С. 739-742.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ