МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ УСЛОВИЙ К ХАРАКТЕРНЫМ РЕЖИМАМ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНЫХ КРИОГЕННЫХ СРЕД В ТРУБАХ И КОЛЬЦЕВЫХ КАНАЛАХ

М. Я. Хабибуллин

Аннотация


В криогенной технике широко распространены адиабатные и диабатные двухфазные течения. Организация вынужденной циркуляции кипящей жидкости в каналах различной ориентации является одним из эффективных способов охлаждения многочисленных теплообменных устройств. Однако для создания рациональной конструкции теплообменных каналов необходимо знание условий, соответствующих переходу к нежелательным режимам течения, при наличии которых значительно ухудшается интенсивность теплообмена по периметру горизонтального канала. В УГНТУ на специальном экспериментальном стенде проведено комплексное исследование гидродинамики и теплообмена при вынужденном движении двухфазных потоков гелия (а также азота) в трубах и кольцевых каналах с визуальным наблюдением режимов течения. Условно можно выделить несколько характерных по гидравлическому сопротивлению и теплообмену режимов течения двухфазного потока в горизонтальном канале. Это стратифицированное течение, включающее расслоенное и волновое течения, снарядное и волновое с перемычками течения, а также режимы течения, мало зависящие от ориентации канала - пузырьковый и кольцевой, включающий волнисто-кольцевое и дисперсно-кольцевое течения. В кольцевом канале режимы течения качественно согласуются с указанными режимами течения в трубе. Однако одним из определяющих параметров для выявления условий стратификации двухфазного потока в кольцевом канале является его наружный диаметр. При снарядном и волновом с перемычками режимах течения пленка жидкости у верхней образующей стенки канала поддерживается за счет жидкостных перемычек. При этом приведенное сопротивление (в виде функции паросодержания) в среднем близко к расчетному для гомогенной модели. Интенсивность теплоотдачи у верхней образующей стенки (при малых толщине и теплопроводности стенки) зависит от соотношения между скоростью испарения пристенной пленки жидкости и гидродинамическими характеристиками снарядного и волнового с перемычками течений. Так, при небольших значениях плотности теплового потока интенсивность теплоотдачи на верхней образующей стенки близка к интенсивности теплоотдачи на нижней образующей. При значениях плотности теплового потока, соответствующих области развитого пузырькового кипения, как правило, у верхней образующей стенки происходит переход к пленочному кипению (точнее, к конвективному теплообмену в газовой фазе), и теплоотдача по сравнению с теплоотдачей на нижней образующей уменьшается примерно на порядок. Возникающие жидкостные перемычки вызывают значительную пульсацию температуры на верхней образующей стенки. При достижении условий, соответствующих переходу к кольцевому течению, происходит интенсификация теплообмена на верхней образующей стенки.

Ключевые слова


адиабатный;процесс;канал;перемычки;пульсация;кольцевой;течение;adiabatic;process;channel;jumpers;ripple;annular;flow;

Полный текст:

PDF

Литература


Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972. 440 с.

Khabibullin M.Ya., Suleimanov R.I. Selection of Optimal Design of a Universal Device for Nonstationary Pulse Pumping of Liquid in a Reservoir Pressure Maintenance System // Chemical and Petroleum Engineering. 2018. Vol. 54. Issue 3-4. P. 225-232. DOI: 10.1007/s10556018-0467-2.

Яицких Г.С., Мельников Ю.А., Шакимов С.Л. Проектирование трубопроводов технологических установок // Трубопроводная арматура и оборудование. 2015. № 1 (76). С. 80-83.

Хабибуллин М.Я. Исследование процессов, происходящих в колонне труб при устьевой импульсной закачке жидкости в скважину // Нефтегазовое дело. 2018. Т. 16. № 6. С. 34-39. DOI: 10.17122/ngdelo2018- 6-34-39.

Васильев Л.Л. Использование возобновляемых источников энергии и вторичных энергоресурсов с помощью тепловых труб // Энергоэффективность. 2016. № 11 (228). С. 28-31.

Хабибуллин М.Я. Систематизированный подход к методам закачки воды в нагнетательные скважины // Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. № 3. С. 80-86. DOI: 10.17122/ngdelo-2019-3-80-86.

Васильев Л.Л., Журавлев А.С. Утилизация возобновляемых и вторичных энергоресурсов с помощью тепловых труб и термосифонов // Энергетика и ТЭК. 2017. Т. 167. № 2. С. 20-22.

Кузнецов Г.В., Ни А.Э. Исследование турбулентного теплопереноса в замкнутой прямоугольной области с теплопроводными ограждающими конструкциями в условиях лучистого нагрева внутренних границ // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015. № 7-8. С. 60-68. DOI: 10.30724/1998-99032015-0-7-8-60-68.

Хабибуллин М.Я., Сулейманов Р.И. Повышение надежности сварных соединений трубопроводов в системе поддержания пластового давления // Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. № 5. С. 93-98. DOI: 10.17122/ngdelo- 2019-5-93-98.

Кузнецов Г.В., Нагорнова Т.А., Ни А.Э. Численное моделирование сопряженного теплопереноса в замкнутой прямоугольной области в условиях радиационного подвода теплоты к горизонтальной и вертикальным поверхностям ограждающих конструкций // Инженерно-физический журнал. 2015. Т. 88. № 1. С. 165-174.

Александров А.А., Акатьев В.А., Тюрин М.П., Бородина Е.С. Решение внешней и внутренней задач тепломассообмена для закрытого двухфазного термосифона // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 4 (73). C. 109-121. DOI: 10.18698/1812-3368-2017-4-109-121.

Хабибуллин М.Я., Сидоркин Д.И. Определение параметров колебаний колонны насосно-компрессорных труб при импульсной закачке жидкостей в скважину // Научные труды НИПИНефтегаз ГНКАР. 2016. № 3. С. 27-32. DOI: 10.5510/OGP20160300285.

Тюрин М.П., Бородина Е.С., Кочетов Л.М., Бельданова О.Г. Теоретическое моделирование процессов тепломассопереноса в двухфазном закрытом термосифоне // Дизайн и технологии. 2014. № 41 (83). С. 55-59.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ngdelo-2020-3-80-88

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


(c) 2020 М. Я. Хабибуллин

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

УФА, УГНТУ, 2020