Критический тепловой поток

редактировать

Критический тепловой поток (CHF ) описывает тепловой предел явления, при котором фазовый переход происходит во время нагрева (например, при образовании пузырьков на металлической поверхности, используемой для нагрева воды ), что внезапно снижает эффективность теплопередачи, вызывая локальный перегрев поверхности нагрева.

Критический тепловой поток для воспламенения - это наименьшая тепловая нагрузка на единицу площади, способная инициировать реакцию горения на данный материал (либо пламя или тлеющий зажигание).

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Корреляции
  • 3 Приложения в теплопередаче
    • 3.1 Терминология
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Описание

Когда жидкость охлаждающая жидкость претерпевает изменение в фазе из-за поглощения тепла от нагретой твердой поверхности, более высокая скорость передачи. Более эффективная передача тепла от нагретой поверхности (в виде теплоты испарения плюс явное тепло ) и движения пузырьков (управляемая пузырьками турбулентность и конвекция ) приводит к быстрому перемешиванию текучей среды. Следовательно, кипение теплопередача играет важную роль в промышленных процессах теплопередачи, таких как макроскопическая теплопередача теплообменники в ядерной и ископаемой энергии. установки, а также в микроскопических устройствах теплопередачи, таких как тепловые трубы и микроканалы для охлаждения электронных чипов.

Использование кипячения ограничено состояние, называемое критическим тепловым потоком (CHF), которое также называется кипением кризисом или отклонением от пузырькового кипения (DNB). Наиболее серьезная проблема заключается в том, что ограничение кипения может быть напрямую связано с физическим выгоранием материалов нагретой поверхности из-за внезапно неэффективной теплопередачи через пленку пара, образующуюся на поверхности в результате замены жидкость паром, прилегающим к нагретой поверхности.

Следовательно, возникновение CHF сопровождается чрезмерным увеличением температуры поверхности для системы, контролируемой поверхностным тепловым потоком. В противном случае для системы с контролируемой температурой поверхности происходит чрезмерное уменьшение скорости теплопередачи. Это можно объяснить с помощью закона охлаждения Ньютона :

q = h (T w - T f) {\ displaystyle q = h (T_ {w} -T_ {f}) \,}q = h (T_w-T_f) \,

где q {\ displaystyle q}q представляет тепловой поток, h {\ displaystyle h}h представляет коэффициент теплопередачи, T w {\ displaystyle T_ {w}}T_w представляет температуру стенки, а T f {\ displaystyle T_ {f}}T_ {f} представляет температуру жидкости. Если h {\ displaystyle h}h значительно уменьшается из-за возникновения условия CHF, T w {\ displaystyle T_ {w}}T_w будет увеличиваться для фиксированного q {\ displaystyle q}q и T f {\ displaystyle T_ {f}}T_ {f} , а q {\ displaystyle q}q будет уменьшаться при фиксированном Δ T {\ displaystyle \ Delta T}\ Delta T .

Correlations

Критический тепловой поток является важной точкой на кривой кипения, и может быть желательно управлять процессом кипения вблизи эта точка. Однако можно проявлять осторожность при рассеивании тепла сверх этого количества. Зубер, проведя анализ гидродинамической устойчивости проблемы, разработал выражение, приближающее эту точку.

q A макс = C hfg ρ v [σ g (ρ L - ρ v) ρ v 2] 1 ╱ 4 {\ displaystyle {\ frac {q} {A_ {max}}} = C {{h} _ {fg}} {{\ rho} _ {v}} {{\ left [{\ frac {\ sigma g \ left ({{\ rho} _ {L}} - {{\ rho} _ {v}) } \ right)} {{{\ rho} _ {v}} ^ {2}}} \ right]} ^ {{} ^ {1} \! \! \ diagup \! \! {} _ {4} \;}}}{ {\ frac {q} {A_ {max}}}} = C {{h} _ {fg}} {{\ rho} _ {v}} {{\ left [\ frac {\ sigma g \ left ({ {\ rho} _ {L}} - {{\ rho} _ {v}} \ right)} {{{\ rho} _ {v}} ^ {2}} \ right]} ^ {{} ^ { 1} \! \! \ Diagup \! \! {} _ {4} \;}}

Единицы СИ: Критический поток кВт / м2 hfg кДж / кг сигма Н / м rho кг / м3 г / с2.

Оно не зависит от материала поверхности и слабо зависит от геометрии нагретой поверхности, описываемой константой C. Для больших горизонтальных цилиндров, сфер и больших конечных нагретых поверхностей значение константы Цубера C = π 24 = 0,131 {\ Displaystyle C = {\ frac {\ pi} {24}} = 0,131}C = \ frac {\ pi} {24} = 0,131 . Для больших горизонтальных пластин больше подходит значение C = 0,149 {\ displaystyle C = 0,149}C = 0,149 . Критический тепловой поток сильно зависит от давления. При низких давлениях (включая атмосферное давление) зависимость от давления в основном связана с изменением плотности пара, приводящим к увеличению критического теплового потока с увеличением давления. Однако, когда давление приближается к критическому, поверхностное натяжение и теплота парообразования сходятся к нулю, что делает их доминирующими источниками зависимости от давления.

Для воды при давлении 1 атм. Приведенное выше уравнение вычисляет критический тепловой поток. примерно 1000 кВт / м2.

Применения в теплообмене

Понимание явления CHF и точное прогнозирование условий CHF важно для безопасного и экономичного проектирования многих теплообменников, включая ядерные реакторы, ископаемое топливо котлы, термоядерные реакторы, электронные микросхемы и т. д. Таким образом, это явление широко исследовалось во всем мире с тех пор, как охарактеризовал это. В 1950 году Кутателадзе предложил гидродинамическую теорию кризиса выгорания. За последние десятилетия была проделана большая работа по созданию водо-водяных ядерных реакторов. Сейчас многие аспекты этого явления хорошо изучены, и доступно несколько надежных моделей предсказания для условий, представляющих общий интерес.

Терминология

Для обозначения условий CHF используется ряд различных терминов: отклонение от пузырькового кипения (DNB), высыхание жидкой пленки (LFD), высыхание кольцевой пленки (AFD), высыхание ( DO), выгорание (BO), кризис кипения (BC), переход кипения (BT) и т.д. DNB, LFD и AFD представляют собой особые механизмы, которые будут представлены позже.

DO означает исчезновение жидкости на поверхности теплопередачи, что правильно описывает состояние CHF; однако он обычно используется для обозначения высыхания жидкой пленки. BO, BC и BT - имена, ориентированные на явления, и используются как общие термины. Условие CHF (или просто CHF) является наиболее широко используемым сегодня, хотя оно может ввести в заблуждение человека, полагая, что существует критичность теплового потока. Термины, обозначающие величину теплового потока при возникновении CHF, включают CHF, тепловой поток высыхания, тепловой поток выгорания, максимальный тепловой поток, тепловой поток DNB и т. Д.

Термин «пиковый тепловой поток кипения бассейна» также используется для обозначения обозначают CHF при кипении в бассейне.

Post-CHF используется для обозначения общего ухудшения теплопередачи в процессе кипения в потоке, и жидкость может быть в форме диспергированных брызг капель, непрерывного жидкого ядра или перехода между первыми двумя случаями. Последующее высыхание может быть специально использовано для обозначения ухудшения теплопередачи в состоянии, когда жидкость находится только в форме диспергированных капель, и обозначать другие случаи термином Post-DNB.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-16 09:05:42
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте