Характеристика процесів тепло- і масообміну та гідродинаміки в кільцевих парогазорідинних потоках при протитечійному русі та фазових переходах. Дослідження гідродинаміки гравітаційної плівкової течії у вертикальних каналах з сітчастим покриттям стінок.
Аннотация к работе
Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наукРобота виконана на кафедрі атомних електричних станцій та інженерної теплофізики Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” (НТУУ “КПІ”) Міністерства освіти і науки України. Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Письменний Євген Миколайович, декан теплоенергетичного факультету, завідувач кафедри атомних електричних станцій і інженерної теплофізики НТУУ „КПІ” НАН України, доктор технічних наук, професор, Халатов Артем Артемович, Інститут технічної теплофізики НАН України, завідувач відділом доктор технічних наук, професор, Панов Євген Миколайович декан інженерно-хімічного факультету Національного технічного університету України “КПІ”, завідувач кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування НТУУ “КПІ” доктор технічних наук, професор Прядко Микола Олексійович, завідувач кафедри Національного університету харчових технологій МОН України.Одним з найбільш ефективних способів взаємодії теплоносія і робочого тіла є безпосередній контакт гравітаційно стікаючої плівки рідини і газу при протитечійному русі, що супроводжується тепло-і масообміном, фазовими перетвореннями. Розвиток пограничних шарів в плівці і газі приводить до необхідності виділення початкової теплової ділянки і ділянки стабілізованого тепло-і масообміну. Аналіз конструктивних особливостей контактних апаратів показав, що з метою інтенсифікації процесів тепло-і масообміну та розширення меж робочого діапазону, в якому зберігається найбільш ефективна протитечійна схема руху двофазних кільцевих потоків, є використання вертикальних каналів з сітчастим покриттям. Розробка сучасних контактних тепло-і масообмінних апаратів потребує застосування науково обґрунтованих методик розрахунку їх теплогідравлічних характеристик, які забезпечуються ретельним і коректним вивченням гідродинаміки плівкової течії по стінкам вертикальних каналів з сітчастим покриттям, динаміки взаємодії газового потоку і гравітаційної плівки, особливостей тепло-і масообміну при випарному охолодженні плівки і охолодженні газу ізотермічною плівкою, а також при адіабатному закипанні рідини. Автором особисто розроблений метод пасивної інтенсифікації процесу тепломасообміну в двофазних кільцевих системах; досліджена гідродинаміка гравітаційної плівкової течії у вертикальних каналах з сітчастим покриттям стінок; визначені характерні області течії і отримані емпіричні рівняння для розрахунку товщини плівки рідини в залежності від щільності зрошування; визначені границі гідродинамічних кризових явищ, повязаних з перевертанням циркуляції плівки під дією газового потоку в каналах з сітчастим покриттям, яке дозволило значно розширити верхній діапазон роботи контактних апаратів; розроблена і аналітично вирішена система рівнянь, за допомогою якої описується процес розриву плівки при течії у вертикальних каналах з сітчастим покриттям і експериментально встановлена нижня границя робочого діапазону; визначений вплив фізико-хімічних властивостей поверхні і динамічної дії газового потоку на мінімальну щільність зрошування, отримані емпіричні рівняння, що дозволяють врахувати нерівномірність інтенсивності процесу по довжині каналу шляхом розділення його на початкову теплову ділянку з визначенням границі, залежно від режимних характеристик контактуючих фаз, і на ділянку стабілізованого теплообміну.Аналіз літературних даних, присвячених вивченню гідродинаміки гравітаційних плівкових течій і процесів тепло-і масообміну при безпосередньому контакті плівки рідини і газу в умовах випаровувального охолодження, охолодження газу ізотермічною плівкою, а також при адіабатному закипанні рідини дозволив обґрунтувати мету і задачі дослідження, а також застосування методів пасивної інтенсифікації процесів тепломасообміну в контактних апаратах. На її характеристики впливають фізичні властивості рідини (густина, вязкість, величина поверхневого натягнення, крайовий кут змочуваності та ін.), режимні параметри (швидкість плівки і газового потоку, напрям руху газового потоку, щільність зрошування і т. д.), а також геометричні характеристики поверхні (діаметр і висота каналу, діаметр дроту і розмір вічка, спосіб плетіння сітчастого покриття і т. д.). Враховуючи особливості експериментальної ділянки, що викликані наявністю на поверхні каналу сітчастого покриття, визначення товщини плівки проводилось контактним методом. Аналіз отриманих даних з дослідження зміни товщини гравітаційно стікаючої плівки рідини по вертикальній поверхні з сітчастим покриттям дозволяє визначити складний характер її залежності від щільності зрошування, який має визначальний вплив на допустимий діапазон режимів роботи контактних апаратів з регулярними насадками.