РАЗДЕЛ 2
Методика экспериментальных исследований теплоотдачи к пленке жидкости,
стекающей
по наружной поверхности гладких и
поперечно оребренных труб
2.1 Экспериментальная установка
Опытный стенд представлен на рис. 2.1 и фотографии (рис. 2.2), и его основными
элементами являются напорный бак 1, модель испарителя 6 и циркуляционный насос
11 марки ЦНГ-1/20, выполненные из нержавеющей стали. Все соединительные
трубопроводы стенда выполнены из пищевой вакуумной резины. Установка работает
таким образом, чтобы рабочая жидкость циркулировала по замкнутому контуру.
Рабочая жидкость, нагретая электронагревателем 14 в напорном баке до заданной
температуры, самотеком подается из бака в модель испарителя через оросительное
устройство 8. Требуемый расход жидкости поддерживается с помощью регулирующего
вентиля и ротаметра 13 типа РМ-04Ж УЗ. В опытном аппарате жидкость испаряется
на наружной поверхности теплообменного элемента 10. Образовавшийся пар
отводится в конденсатор 2, охлаждаемый водопроводной водой. Конденсатор
выполнен по типу теплообменника «труба в трубе» из медных трубок. Температура
охлаждающей воды на входе в конденсатор и на выходе из него измеряется с
помощью термопар ТХК-2076-1000. Конденсат пара из конденсатора снова
возвращается в аппарат. Для измерения количества отводимого пара на линии
конденсата установлен стеклянный мерный сосуд 7. Упаренная жидкость, а также
конденсат пара собираются в нижней части опытного аппарата и откачиваются
циркуляционным насосом обратно в напорный бак.
Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки.
1 – напорный бак; 2 – конденсатор; 3 – ресивер; 4 – вакуум-насос;
5 – охлаждающая водопроводная вода; 6 – модель испарителя; 7 – мерный сосуд; 8
– ороситель; 9 – необогреваемая труба; 10 – опытный элемент;
11 – циркуляционный насос; 12 – измеритель плотности жидкости;
13 – ротаметр; 14 – электронагреватель.
Для обеспечения циркуляции жидкости при проведении экспериментов при малых
плотностях орошения опытного теплообменного элемента, для предотвращения
переполнения напорного бака, а главное, для поддержания постоянного уровня и
исключения пульсаций расхода, в напорном баке предусмотрен перелив жидкости,
которая также сливается в нижнюю часть опытного аппарата.
Рис. 2.2. Общий вид экспериментального стенда.
Опытный аппарат оснащен тремя трубами наружным диаметром 34 мм и длиной 190 мм,
расположенными одна над другой в одном вертикальном ряду. Аппарат выполнен в
виде камеры прямоугольного сечения размерами 190х220х500 мм, передняя и задняя
стенки которой имеют по всей высоте смотровые стекла для наблюдения за
процессом и являются съемными элементами. Боковые стенки камеры являются
съемными трубными решетками.
Первая по высоте труба из нержавеющей стали является оросителем и имеет по
верхней образующей пятнадцать отверстий диаметром 5 мм. Такая конструкция
оросителя выбрана на основании данных авторов, проводивших исследования по
влиянию конструкции оросительного устройства на равномерность смачивания нижних
труб, а также на основании предварительных опытов. Были проведены
предварительные опыты по смачиванию поверхности рабочего участка. Одна серия
опытов проводилась, когда отверстия, из которых вытекала жидкость, размещались
по нижней образующей трубы. В этом случае жидкость недостаточно равномерно
распределялась по поверхности расположенной ниже трубы, что было заметно даже
визуально. Вторая серия опытов проводилась при размещении отверстий по верхней
образующей. В этом случае обеспечивалось более равномерное стекание жидкости на
нижнюю трубу. Но и в этом случае при больших плотностях орошения были видны
поперечные волны на поверхности трубы-оросителя, а при незначительном снижении
плотности орошения происходил переход от пленочного режима стекания жидкости
между оросителем и нижней трубой к колонному режиму. Для перемещения начала
этого явления в сторону более низких значений плотности орошения к нижней
образующей оросителя приваривалась проволока диаметром 2 мм. Также была
проведена серия опытов, когда поверхность оросителя покрывалась мелкой сеткой с
размерами ячеек 0,5, 1,0 и 1,5 мм. Влияния размера ячеек на равномерность
распределения жидкости выявлено не было. Кроме того, переход от пленочного
режима стекания к колонному происходил при плотности орошения приблизительно
соответствующей той же, при которой этот переход имел место при гладкой
поверхности оросителя без проволоки-стабилизатора на нижней образующей.
Между оросителем и опытным элементом размещается гладкостенная необогреваемая
труба, также из нержавеющей стали, которая служит для стабилизации потока
жидкости, орошающего опытный элемент, и исключения влияния на условия орошения
этого элемента конструкции оросительного устройства.
В зависимости от плотности орошения жидкость может натекать на опытный элемент
отдельными каплями, струйками или сплошной пленкой. В связи с этим, при
капельном и струйном режимах стекания пленки жидкости и использовании в
качестве средства измерения температуры поверхности опытного элемента точечных
термопар, расположенных в одном сечении по периметру опытного участка,
показания следующих будут существенно зависеть от того, попадет или нет струя
или капля жидкости строго в сечение, где расположены термопары. Для обеспечения
пленочного режима стекания жидкости на опытный элемент при малых плотностях
орошения к проволоке, так же как и на оросителе, приваренной к средней трубе по
нижней образующей, припаивалась пластина-стабилизатор из нержавеющей стали
толщиной 0,5 мм (рис. 2.3). Пластина размещалась над рабочим участком опытного
элемента. Зазор между н
- Київ+380960830922