ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальные исследования теплообмена при турбулентном течении в трубе газообразной четырехокиси азота Теплообмен в четырехокиси азота в условиях нагрева при докритических давлениях из "Теплообмен в диссоциирующем теплоносителе четырехокси азота " Рассмотрение опытных данных показывает монотонное увеличение теплоотдачи по длине канала в докри-тической и сверхкритической областях давлений (рис. [c.45] В качестве иллюстрации на рис. 2.3 показано характерное изменение по длине канала экспериментальных и расчетных значений Nu для режима с условиями на входе Р=19,6 бар 7с=321°К Не = 9,16-103 7с=2,13-L 10 вт/м2 [2.7, 2.8]. [c.46] К Ts (Р Ркр) и к псевдокритической температуре Тт. (Р Рщ) величина коэффициентов теплообмена превышает а на верхней образующей канала до 10—15% в исследованном диапазоне параметров (рис. 2.3). [c.48] Таким образом, для расчета теплообмена при турбулентном течении жидкой четырехокиси азота в круглых трубах в условиях нагрева при докритических и сверх-критических давлениях, числах Re до 10 и тепловых нагрузках до б-Ю вт/м можно рекомендовать формулу Б. С. Петухова и В. В. Кириллова. [c.48] В неизотермическом потоке диссоциирующей четы-рехокиси азота образуются поля концентраций компонентов системы наряду с полями скоростей и температур. При течении в обогреваемом канале у стенки повышается содержание компонентов с меньшим молекулярным весом (в соответствии с реакциями диссоциации), а в ядре потока — более тяжелых компонентов. В случае охлаждения у стенки повышается концентрация тяжелых компонентов. Различие концентраций компонентов у стенки и в ядре потока приводит к переносу массы путем концентрационной диффузии. Одновременно с диффузионным происходит и турбулентный перенос массы, зависящий от характеристик течения. Так как массоперенос осуществляется в неизотермическом потоке, процесс сопровождается протеканием экзо- и эндотермических реакций. Так, например, в условиях нагрева молекулы с большим молекулярным весом переносятся к стенке, где диссоциируют с поглощением теплоты реакции на более легкие компоненты, которые, перемещаясь в ядро потока, рекомбинируют с выделением теплоты реакции. В связи с высокими значениями теплоты реакций реакционная составляющая суммарного коэффициента теплообмена в системе N2O4 может в несколько раз превышать уровень теплообмена в химически инертной смеси данных компонентов. [c.49] Строгое теоретическое решение задачи тепло- и мас-сообмена при наличии химических реакций, особенно протекающих с конечными скоростями, чрезвычайно затруднено из-за необходимости учета взаимосвязанных процессов теплопередачи, диффузии и химических реакций, протекающих в условиях значительных градиентов температур, концентраций и скоростей. Поэтому во всех теоретических работах используются те или иные допущения, связанные с упрощением физической картцны процесса или математического решения. Обычно принимаются скорости химических реакций очень малыми (что позволяет считать поток химически замороженным) или бесконечно большими (система находится в равновесии) принимается постоянство физических свойств вещества или упрощенные зависимости свойств от определяющих параметров. Однако такой подход к анализу теплообмена в реальных аппаратах в ряде случаев неприменим, так как времена пребывания газа в каналах реактора и теплообменных аппаратов при параметрах второй стадии реакции диссоциации соизмеримы с временами химической релаксации. [c.50] Известен ряд работ по теоретическому исследованию влияния переменных физических свойств на теплообмен и гидравлическое сопротивление. Среди них наиболее значительны работы советских ученых А. В. Лыкова, Б. С. Петухова, С. С. Кутателадзе, Ю. В. Лапина и др., а также американских Р. Дайслера и К. Голдмана. [c.50] Существенный недостаток данной методики расчета — допущение о постоянстве теплоемкости Ср. Для случаев, когда величина Рг значительно отличается от единицы, данная методика, видимо, неприменима, что подтверждают расчеты теплообмена в СО2 при сверхкритических параметрах. [c.51] Более строгий анализ задачи о теплообмене и гидравлическом сопротивлении при переменных свойствах выполнен Б. С. Петуховым и В. Н. Поповым [3.6]. Ими получены аналитические выражения для числа Нус-сельта при течении жидкости с переменными свойствами в круглой трубе. [c.52] На основе разработанной Б. С. Петуховым и В. Н. Поповым методики расчета и обобщения данных по теплообмену и коэффициенту сопротивления при турбулентном течении газа с переменными физическими свойствами и при равновесной диссоциации [3.6—3.8] В. Н. Поповым и Б. Е. Хариным [3.9] выполнен теоретический расчет местных значений чисел Нуссельта и коэффициента сопротивления при турбулентном течении четырех-окиси азота при равновесном протекании первой и второй и замороженной второй стадий реакций диссоциации. [c.53] Исследованию теплообмена при конечных скоростях химических реакций применительно к внутренней задаче посвящено незначительное количество работ. В числе первых теоретически этот вопрос был рассмотрен Л. Т. [c.53] Экспериментальная проверка результатов теоретического анализа показала [3.13], что для химически неравновесных потоков возможно применение пленочной модели пограничного слоя. Эксперименты выполнены на установке с вращающимся цилиндром при давлении 2—11 бар и температурах 500—550 °К для смесй 5 2N0-b02 и примерно в том же диапазоне давлений и температур при заполнении кольцевой щели азотом. [c.55] Следует отметить, что выполненные в ИЯЭ АН БССР расчеты теплообмена-по данной методике при условиях более высоких Р, Т и АТ и сравнение их с результатами экспериментов показали ее непригодность для практических расчетов из-за чрезмерного расхождения расчетных и опытных данных. [c.55] Теоретический анализ тепломассообмена при турбулентном течении в трубе диссоциирующего газа (N2O4) с произвольными скоростями реакций в многокомпонентной смеси выполнен И. Б. Вихоревым и Ю. В. Лапиным [3.14]. Однако расчетных зависимостей ими не получено. [c.55] Результаты данной работы были использованы Б. С. Петуховым и сотр. [3.16] при обобщении, опытных данных по Теплоотдаче при турбулентном течении равновесного потока N2O4. [c.56] Одно из первых экспериментальных исследований теплообмена в газообразной четырехокиси азота выполнено В. Шоттом [3.17]. Теплообмен изучался при течении в обогреваемой трубе с Z)bh=H,2 мм и атмосферном давлении в узких интервалах температур (7 с = 295— 373 °К, 7 о = 375—393°К) и числах Re= (1,1—20) 10 . Было получено четыре опытные точки при турбулентном течении и пять при ламинарном. [c.56] Данные по теплообмену при ламинарном течении расчетной зависимостью в [3.17] не обобщаются. [c.56] Достаточно тщательное с точки зрения техники эксперимента исследование теплообмена при турбулентном течении четырехокиси азота в обогреваемой трубе выполнено Р. Р. Фургасоном и Д. М. Смитом [3.18]. Эксперименты проведены при Гг = 308—361 °К, 7 с = 318— 440 °К, Re = (5,6-68,2)-10 7с= (2-7) 10 втМ Р = = 1 —1,8 бар в трубе с / вн = 5,1 мм длиной 900 мм. Установка работала по разомкнутой схеме с подачей в контур из баллонов четырехокиси азота с содержанием примесей менее 0,5% (в том числе воды не более 0,1%) Температура газа замерялась на входе и выходе из ЭУ после прохождения через смесители, температура стенки определялась в 13 сечениях по длине ЭУ. Экспериментально определены локальные значения температуры стенки, по которым вычислены коэффициенты теплоотдачи и определено влияние определяющих параметров. [c.56] Эксперименты подтвердили увеличение коэффициента теплоотдачи с увеличением тепловой нагрузки, что связано с возрастанием реакционной составляющей из-за повышения градиента температур и энтальпий в потоке. С увеличением 7с от 2-10 до 7-10 вт/м отношение экспериментально определенного коэффициента теплоотдачи к рассчитанному по замороженным свойствам увеличилось от 5,5 до 7,5. [c.57] Вернуться к основной статье