Początek wrzenia w przepływie proekologicznych czynników chłodniczych

• Autorzy: Bohdal T.

Warianty tytułu

EN

Boiling start in flow of environment friendly refrigerating media

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Boiling in the flow starts (like boiling in the volume) in the moment, when overheating of the liquid near the wall reaches sufficiently high value. Up to this moment exchange of heat between the wall and the one phase substance (liquid) is done on the way of forced convection under particular conditions. Usually one phase flow has a turbulent nature and may be described with empirical correlation of Dittus - Boelter. Passing over the influence of the temperature on change of thermophysical properties of the liquid under forced convection conditions, it is stated that coefficient of heat interception ? from the inner surface of the channel is the function of mass stream density (w ). When the liquid is overheated sufficiently enough by the wall of a channel, in spite of the lower temperature of the liquid TF in the core of the flow than saturation temperature Ts, a kind of boiling appears in the channel - so called overcooled boiling. According to many researchers in the overcooled boiling area superposition of heat exchange during one phase forced convection and heat exchange with bubble boiling has a place. This paper shows the results of the Author's experimental research on the point of the bubble boiling start during the flow in a pipe channel of for example refrigerating medium R123. Research was conducted on the measuring stand described in detail in other Author's works. The aim of the research was to determine parameters of the medium's thermodynamical state, in which first steam bubbles arise (state ai in the Fig. 1). Obtained results of the research confirm occurrence of heat exchange hysteresis connected with steam bubbles arising and start of the bubble boiling in the channel. The state of the system in the range of occurring hysteresis (and the work of machines and cooling devices connected with this) depends on if it is reached on the way of increase or decrease of steam nucleuses overheating. In the heated channel forced convection or bubble boiling may occur and this might give rise to specific consequences for exploitators of those devices. Methodology of research on the start of the bubble boiling during the flow in the pipe channel proposed by the Author may be successfully used for other refrigerating media. This method allows determining, in the quantitative way, parameters of the medium's state in ai point and it is justified by the physical basics of phenomena occurring during boiling.

PL

Wrzenie w przepływie rozpoczyna się (podobnie jak wrzenie w objętości) w chwili, gdy przegrzanie w cieczy w pobliżu ścianki osiągnie wymaganą wartość. Do tego momentu wymiana ciepła pomiędzy ścianką a substancją jednofazową (cieczą) odbywa się na drodze konwekcji wymuszonej w określonych warunkach. Zazwyczaj przepływ jednofazowy ma charakter turbulentny i może być opisany empiryczną korelacją Dittusa - Boeltera. Pomijając wpływ temperatury na zmianę fizycznych właściwości cieczy można przyjąć, że w warunkach konwekcji wymuszonej współczynnik przejmowania ciepła od powierzchni wewnętrznej kanału jest funkcją gęstości strumienia masy. Przy dostatecznie dużym przegrzaniu cieczy przy ściance kanału, pomimo niższej temperatury płynu TF w rdzeniu przepływu od temperatury nasycenia Ts, występuje w kanale wrzenie zwane wrzeniem przechłodzonym. Według wielu badaczy [6,8,9,10] w obszarze wrzenia przechłodzonego ma miejsce superpozycja wymiany ciepła podczas jednofazowej konwekcji wymuszonej i wymiany ciepła z wrzeniem pęcherzykowym. Wiadomo jednak, że zjawisku początku wrzenia pęcherzykowego towarzyszą, w niektórych zakresach (i dla niektórych czynników) zjawiska o charakterze niestabilnym. Rozpatrując łącznie oba zjawiska i ich wzajemny wpływ uzyskuje się nieco inny obraz i inne muszą być metody jego opisu. Jeżeli procesowi towarzyszy zjawisko zerowego kryzysu wrzenia a więc termicznego opóźnienia rozpoczęcia wrzenia pęcherzykowego, wówczas PPWP oznacza stan, w którym przy zwiększaniu niedogrzania cieczy do temperatury nasycenia Tn wrzenie przechłodzone ulega zakończeniu, co wykazały uprzednie badania eksperymentalne autora niniejszej pracy. W przypadku wystąpienia zerowego kryzysu wrzenia otrzymywane są stany układu o parametrach na prawo od linii ai - a przedstawionej na rys. 1. Są to stany układu o równowadze metastabilnej. W tych przypadkach położenie punktu opisującego początek przechłodzonego wrzenia pęcherzykowego (PPWP) będzie zależało od tego jak daleko, zmieniając parametry występujące w prezentowanych powyżej zależnościach, "udało się opóźnić" rozpoczęcie procesu wrzenia (na przykład zmniejszając niedogrzanie cieczy Tn, zwiększając gęstość strumienia ciepła q, zmniejszając gęstość strumienia masy (w ) lub ciśnienie p). Przedstawione w rozdziale 3 wyniki badań eksperymentalnych autora opisują wpływ zerowego kryzysu wrzenia na położenia początku wrzenia pęcherzykowego w przypływie i wynikające stąd skutki. W analizie wyników badań założono, że wrzenie pęcherzykowe rozpoczyna się w kanale rurowym jako wrzenie powierzchniowe przechłodzone. Oznacza to, że temperatura TF przepływającej w rdzeniu przepływu cieczy jest niższa od temperatury nasycenia Ts, której wartość wynika z aktualnego ciśnienia p. Istnieje zatem lokalne niedogrzanie cieczy do temperatury nasycenia wynoszące Tn. Wyniki badań własnych oraz innych autorów [5÷11] wykazały, że inicjacja procesu wrzenia powierzchniowego zależy od wielkości niedogrzania cieczy Tn w rdzeniu przepływu i od przegrzania cieczy przy ściance kanału Tw ( Tw = Tw-TF). Wprowadzono pojęcie bezwymiarowego współczynnika B zdefiniowanego związkiem. Wykonano obliczenia współczynnika bezwymiarowego B opisanego wzorem (14) oddzielnie dla wyników badań zamieszczonych w tablicy 1 (oznaczono go symbolem B1) oraz w tablicy 2 (symbol B2) Uzyskane wyniki pomiarów potwierdzają występowanie histerezy wymiany ciepła związanej z powstawaniem pęcherzyków parowych i rozpoczęciem wrzenia pęcherzykowego w kanale [1]. Stan układu w zakresie występującej histerezy (i związana z tym praca maszyn i urządzeń chłodniczych) zależy od tego czy osiągnięto go drogą wzrostu czy spadku przegrzania zarodków pary [2]. W ogrzewanym kanale może występować konwekcja wymuszona lub wrzenie pęcherzykowe, co może mieć określone skutki podczas eksploatacji tych urządzeń. Proponowaną przez autora metodykę badań początku wrzenia pęcherzykowego w przepływie w kanale rurowym można z powodzeniem stosować do badań innych czynników chłodniczych. Metoda ta pozwala na określanie parametrówstanu czynnika w punkcie ai (PPWP), przy czym jej podstawą są fizyczne zjawiska zachodzące podczas wrzenia.

Słowa kluczowe

PL

korelacja Dittusa-Boeltera; wrzenie; zjawiska fizyczne; kanał rurowy

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2000
• Tom: Tom 2
• Strony: 262--279
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz.

Twórcy

autor

Bohdal T.

• Politechnika Koszalińska