Пульсационные течения в паровом канале коротких низкотемпературных тепловых труб

Таким образом длительность цикла пульсаций τ₀ в паровом канале ТТ:

Частота пульсаций:

Анализ полученных экспериментальных данных по теплоотдаче над испарителем показывает, что разработанные ТТ работают в режиме кипения. Этот факт подтверждается характером влияния режимных параметров процесса испарения (q p) на коэффициент теплоотдачи α. Влияние этих параметров близко к подобному влиянию плотности теплового потока и давления на пузырьковое кипение в большом объеме.

Пульсационный режим в тепловых трубах возникает при кипении рабочей жидкости в испарителе.

Проведенные численные оценки дают величину длительности периода пульсаций  в паровом канале низкотемпературных  ТТ порядка ~ 10^-3s.

Nomenclature:

E – поступающая в испаритель ТТ тепловая мощность, W;

ΔQ - поглощаемая в испарителе тепловая энергия за период времени  , J;

Δτ - единица времени, s;

E_B – тепловая мощность, при которой начинается процесс пузырькового кипения в сеточном испарителе, W ;

 – количество образующегося сухого пара над испарителем в единицу времени, kg/s; 

  - скорость роста числа молекул пара над испарителем в единицу времени, s^-1;

m_vp – масса молекулы пара диэтилового эфира, kg;

r(T_B)  - удельная теплота испарения рабочей жидкости в тепловой трубе, J/kg, в общем случае зависящая от температуры и давления, J/kg;

r(T_cond) – удельная теплота испарения рабочей жидкости, J/kg, при температуре конденсации;

G_VP – массовый поток сухого насыщенного пара над испарителем, kg/s; 

G_mix - массовый поток влажного насыщенного пара над испарителем, kg/s; 

G_dr - массовый поток микрокапель насыщенного пара над испарителем, kg/s; 

F(z) – площадь поверхности испарителя внутри парового канала ТТ,  m²;

z – продольная координата вдоль центральной оси ТТ, m; 

n_vp(T_ev) – среднее количество молекул сухого пара в единице объема парового канала над испарителем, m^-3;

u_vp – средняя скорость гидродинамического течения сухого пара над испарителем, m/s ;

ρ_VP(T_ev) - плотность пара диэтилового эфира над испарителем, кг/м³;

ρ_VP(T_cond) - плотность пара диэтилового эфира вблизи поверхности конденсации, кг/м³;

  - плотность влажного пара, kg/m³;

ν^VP - удельный объем насыщенного пара, м³/кг;

ν^L – удельный объем рабочей жидкости на линии насыщения, м³/кг;

N_A – число Авогадро, mol^-1;

μ_vp – молярная масса пара диэтилового эфира, kg/mol;

A- безразмерная постоянная порядка единицы;

P(T_ev) – давление пара вблизи поверхности испарителя ТТ, Pa;

P(T_cond) – давление пара вблизи поверхности конденсаци ТТ, Pa;

P^* — давление пара над поверхностью испарителя, при котором останавливается процесс кипения в капиллярно-пористом испарителе, Pa;

k_B – постоянная Больцмана, k_B = 1.38065·10^-23 J/K;

η – коэффициент динамической вязкости сухого пара, Pa·s;

η_mix  – коэффициент динамической вязкости влажного пара с микрокаплями, Pa·s;

L – длина парового канала ТТ, m;

ΔP_vp – разность давления пара над испарителем и вблизи поверхности конденсации в паровом канале ТТ, Pa;

T_ev – температура поверхности испарителя, К;

T_cond – температура поверхности конденсации, К;

T_B(P) – температура кипения рабочей жидкости, К;

dP/dT –производная давления по температуре пара диэтилового эфира (рабочей жидкости)  внутри ТТ, Pa/K;

К_HP – коэффициент теплопередачи через поперечное сечение парового канала ТТ, W/m²K;

R_ev(T) – тепловое сопротивление плоского испарителя, включая внешнюю стенку ТТ, K/W/m²;

 r_a – средний арифметический радиус микрокапель двухфазного парокапельного потока, m;

 r_dri  – радиус i-ой микрокапли в единице объема парокапельного потока над испарителем, m;

 n_dri  – количество микрокапель рабочей жидкости с радиусом  r_dri  в единице объема парокапельной среды, 1/m³;

 n_dr – суммарное количество микрокапель всех размеров в единице объема парокапельного потока над испарителем, 1/m³ ;

γ – истинная степень влажности парокапельного потока;

М_dr – суммарная масса микрокапель (drops) в единице объема парокапельного потока над испарителем, kg;

М_vp – масса пара (vapour) в единице объема парокапельного потока над испарителем, kg;

ρ_vp – плотность сухого пара, kg/m³;

ρ_L – плотность микрокапель рабочей жидкости, kg/m³;  

γ_G  –степень расходной влажности парокапельного потока;

ψ – коэффициент скольжения фаз парокапельного потока, равный отношению средних скоростей движения микрокапель и паровой фазы внутри парового канала ТТ;

u_dr – средняя скорость движения микрокапель в паровом потоке, m/s; 

B – коэффициент, учитывающий теплофизические свойства рабочей жидкости и структурные параметры испарителя (пористость, характерный размер каналов и пор);

 a и b – численные коэффициенты;

P^* - повышенное давление пара рабочей жидкости, при  котором прекращается кипение в поверхностных слоях испарителя, Pa;

Δτ_ev  - длительность процесса роста давления до прекращения кипения в испарителе, s;

Δτ_HP – длительность распространения импульса давления по паровому каналу ТТ, s;

Δτ_cond – длительность процесса снижения давления при конденсации вблизи поверхности конденсации ТТ, s;

Δτ₀ — длительность цикла пульсации давления внутри парового канала ТТ, s.