Методика розрахунку термоакустичних коливань тиску при кипінні недогрітої рідини
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.187177Ключові слова:
канал охолодження, поверхневе кипіння, термоакустичне коливання тиску, резонанс, дисипація, в'язкість рідиниАнотація
Проведено дослідження термоакустичних явищ в парогенеруючих каналах системи охолодження теплонавантажених пристроїв. Досліджувані режими охолодження характеризуються поверхневим кипінням теплоносія, яке виникає внаслідок високих теплових потоків на поверхні охолодження, і великими недогрівами до температури насичення ядра потоку. В таких умовах можливе виникнення в каналах охолодження високочастотних пульсацій акустичного тиску. Встановлено, що виникнення термоакустичних коливань здатне привести до утворення стоячої хвилі в каналі, однією з умов формування якої є наявність границі відображення хвиль. Представлено математичну модель, що описує генерацію термоакустичних коливань в каналі охолодження. Вважається, що коливання з високою амплітудою виникають внаслідок резонансу, що спостерігається при збігу частоти вимушених коливань парових бульбашок з власною частотою коливань парорідинного стовпа або їх гармоніками. Для розрахунку амплітуди коливань тиску в каналі отримана залежність, яка враховує в’язкісну дисипацію енергії і втрати енергії на кінцях каналу. Показано, що при наближенні до резонансу внесок об'ємної в'язкості в коефіцієнт в’язкістного поглинання зростає. Встановлено, що для досліджуваних умов втратами енергії на стінках каналу і втратами в приграничному шарі можна знехтувати. Проведено розрахунки амплітуди термоакустичних коливань тиску для умов, що відповідають реальним процесам в каналах охолодження з поверхневим кипінням. Представлена методика пропонується до використання при проектуванні систем рідинного охолодження теплонавантажених приладів, для яких режими охолодження припускають істотний недогрів теплоносія до температури насичення і поверхневе кипіння
Посилання
- Lie, Y. M., Lin, T. F. (2006). Subcooled flow boiling heat transfer and associated bubble characteristics of R-134a in a narrow annular duct. International Journal of Heat and Mass Transfer, 49 (13-14), 2077–2089. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2005.11.032
- Tolubinskiy, V. I. (1980). Teploobmen pri kipenii. Kyiv: Naukova dumka, 316.
- Gakal, P., Gorbenko, G., Turna, R., Reshitov, E. (2019). Heat Transfer During Subcooled Boiling in Tubes (A Review). Journal of Mechanical Engineering, 22 (1), 9–16. doi: https://doi.org/10.15407/pmach2019.01.009
- Wang, G., Cheng, P. (2009). Subcooled flow boiling and microbubble emission boiling phenomena in a partially heated microchannel. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (1-2), 79–91. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.06.031
- Lee, J., Mudawar, I. (2009). Critical heat flux for subcooled flow boiling in micro-channel heat sinks. International Journal of Heat and Mass Transfer, 52 (13-14), 3341–3352. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2008.12.019
- Yan, J., Bi, Q., Liu, Z., Zhu, G., Cai, L. (2015). Subcooled flow boiling heat transfer of water in a circular tube under high heat fluxes and high mass fluxes. Fusion Engineering and Design, 100, 406–418. doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.07.007
- Markov, O. E., Gerasimenko, O. V., Kukhar, V. V., Abdulov, O. R., Ragulina, N. V. (2019). Computational and experimental modeling of new forging ingots with a directional solidification: the relative heights of 1.1. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 41 (8). doi: https://doi.org/10.1007/s40430-019-1810-z
- Markov, O. E., Gerasimenko, O. V., Shapoval, A. A., Abdulov, O. R., Zhytnikov, R. U. (2019). Computerized simulation of shortened ingots with a controlled crystallization for manufacturing of high-quality forgings. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 103 (5-8), 3057–3065. doi: https://doi.org/10.1007/s00170-019-03749-4
- Tong, L. S., Tang, Y. C. (2018). Boiling Heat Transfer And Two-Phase Flow. Routledge, 572. doi: https://doi.org/10.1201/9781315138510
- Nematollahi, M. R., Toda, S., Hashizume, H., Yuki, K. (1999). Vibration Characteristic of Heated Rod Induced by Subcooled Flow Boiling. Journal of Nuclear Science and Technology, 36 (7), 575–583. doi: https://doi.org/10.1080/18811248.1999.9726241
- Sathyabhama, A., Prashanth, S. P. (2017). Bubble dynamics and boiling heat transfer from a vibrating heated surface. Journal of Applied thermal engineering - ELK ASIA Pacific, 3 (1).
- Nematollahi, M. R. (2008). Evaluation of Exerting Force on the Heating Surface Due to Bubble Ebullition in Subcooled Flow Boiling. International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering, 2 (5), 676–683.
- Chen, P., Newell, T. A., Jones, B. G. (2008). Heat transfer characteristics in subcooled flow boiling with hypervapotron. Annals of Nuclear Energy, 35 (6), 1159–1166. doi: https://doi.org/10.1016/j.anucene.2007.01.015
- Isakovich, M. A. (1973). Obshchaya akustika. Moscow: Nauka, 495.
- Markov, O., Gerasimenko, O., Aliieva, L., Shapoval, A. (2019). Development of the metal rheology model of high-temperature deformation for modeling by finite element method. EUREKA: Physics and Engineering, 2, 52–60. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.00877
- Labuntsov, D. A. (2000). Fizicheskie osnovy energetiki. Izbrannye trudy po teploobmenu, gidrodinamike, termodinamike. Moscow: Izdatel'stvo MEI, 388.
- Isachenko, V. P., Osipova, V. A., Sukomel, A. S. (1975). Teploperedacha. Moscow: Energiya, 488.
- Landau, L. D., Lifshits, E. M. (1986). Gidrodinamika. Moscow: Nauka, 746.
- Kumar, R., Mukhopadhyay, S. (2010). Effects of thermal relaxation time on plane wave propagation under two-temperature thermoelasticity. International Journal of Engineering Science, 48 (2), 128–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2009.07.001
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Irina Boshkova, Oleksandr Titlov, Natalya Volgusheva, Catherina Georgiesh, Tetiana Sahala
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
