Кипение жидкости, недогретой до температуры насыщения, в каналах как метод отвода предельных тепловых потоков

摘要

Представлены результаты комплексного экспериментального исследования кипения недогретой до температуры насыщения воды в канале. Данная технология используется для отвода экстремальных тепловых потоков в аппаратах современной техники. Акцент в работе сделан на изучении характеристик паровых пузырей, их изменения под воздействием различных режимных факторов и характеристик поверхности нагрева. Для реализации поставленных целей была использована высокоскоростная видеосъемка процесса. Опыты были проведены с дистиллированной деаэрированной водой при атмосферном давлении, плотностях теплового потока до q = 8 МВт/м~2, недогревах жидкости до температуры насыщения Δt_н = 30-80°C и скорости течения жидкости до w = 0.7 м/с. В экспериментах использовали гладкие и структурированные поверхности с покрытиями, большинство из которых было сформировано методом микродугового оксидирования. Установлено, что значительные недогревы жидкости до температуры насыщения обусловливают глубокую деактивацию действующих центров парообразования после схлопывания парового пузыря, пространственную и временную хаотичность распределения центров парообразования на греющей поверхности. Определены распределение пузырей по диаметрам, плотность центров парообразования, которая примерно пропорциональна плотности теплового потока, продолжительность времени жизни пузыря и отдельных стадий его жизненного цикла. Уточнена картина схлопывания пузыря. Показано, что недогрев охладителя до температуры насыщения является наиболее сильным из числа параметров, определяющих кипение недогретой жидкости. Установлено, что лучше всего с результатами измерений согласуется феноменологическая модель процесса кипения Снайдера-Берглеса. Представлены соображения, касающиеся таких инженерных сторон проблемы, как выбор предельных расчетных параметров системы охлаждения и использование покрытий для интенсификации кипения недогретого охладителя.