Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

Аналіз термоакустичних коливань тиску в каналах при кипінні недогрітої рідини

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

І.Л. Бошкова
https://orcid.org/0000-0001-5989-9223
Н.В. Волгушева
https://orcid.org/0000-0002-9984-6502
О.С. Тітлов
http://orcid.org/0000-0003-1908-5713
К.В. Георгієш
http://orcid.org/0000-0002-7045-8039
Л.В. Іванова
http://orcid.org/0000-0002-0752-6983

Анотація

Важливою особливістю роботи теплообмінників з киплячою рідиною є можливість виникнення в каналах охолодження високочастотних пульсацій тиску (термоакустичні явища). В роботі аналізуються умови виникнення термоакустичних явищ в каналах системи охолодження теплонавантажених пристроїв. Стверджується, що у порівнянні з кипінням з насиченим потоком, кипіння з переохолодженням має більш високу ефективність теплопередачі і кращі характеристики тепловіддавання. Внаслідок високих теплових потоків на поверхні охолодження та при великих недогрівах ядра потоку рідини до температури насичення виникає поверхневе кипіння теплоносія. Визначено, що в таких умовах можливо виникнення високочастотних пульсацій акустичного тиску. Встановлено, що виникнення термоакустичних коливань здатне привести до утворення стоячої хвилі в каналі. Бульбашки киплячої рідини, які розподілені по поверхні труби, можна розглядати в якості гармонійних осциляторів. Представлено математичну модель, що описує генерацію термоакустичних коливань в каналі охолодження. Припущеннями математичної моделі є одномірний рух теплоносія і синусоїдальний закон зміни об’єму парових бульбашок. 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. Розроблена методика розрахунку амплітуди термоакустичних коливань тиску в залежності від щільності теплового потоку. Проведення обчислювального експерименту показало, що без урахування дисипативних явищ визначити значення амплітуди коливань в резонансній області неможливо. Представлена методика пропонується до використання при проектуванні систем рідинного охолодження теплонавантажених приладів, для яких режими охолодження припускають істотний недогрів теплоносія до температури насичення та за умов виникнення поверхневого кипіння

Ключові слова:
Канал охолодження, Переохолоджена рідина, Поверхневе кипіння, Термоакустичні коливання тиску, Резонанс

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Бошкова, І., Волгушева, Н., Тітлов, О., Георгієш, К., & Іванова, Л. (2020). Аналіз термоакустичних коливань тиску в каналах при кипінні недогрітої рідини. Refrigeration Engineering and Technology, 56(1-2), 4-10. https://doi.org/10.15673/ret.v56i1-2.1832
Розділ
ХОЛОДИЛЬНА ТЕХНІКА ТА ЕНЕРГОТЕХНОЛОГІЇ

Посилання

1. 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.
2. Tolubinskiy, V. I. (1980) Heat transfer during boiling. Kyiv: Naukova dumka, 316.
3. Gakal, P. G., Gorbenko, G. A., Turna, R. Yu., Reshitov, E.R. (2019) Heat transfer during sub-cooled boiling in tubes (A Review). Journal of Mechanical Engineering, 22 (1), 9-16.
4. 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, 79-91.
5. 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, 3341-3352.
6. Jianguo, Y., Qincheng, B., Zhaohui, L., Ge, Z., Laizhong, C. (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.
7. Tong, L. S., Tang, Y. C. (2018) Boiling Heat Transfer And Two-Phase Flow. Routledge, 572.
8. Nematollahi, M. R., Todat, 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.
9. Sathyabhama, A., Prashanth, S. P. (2017) Bubble dynamics and boiling heat transfer from a vibrating heated surface. Journal of Applied thermal engi¬neering, ELK ASIA Pacific, 3 (1), 1-26.
10. 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.
11. Chena, 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.
12. Yazaki, T., Tominaga, A. (1998) Measurement of Sound Generation in Thermoacoustic Oscillations. Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454 (1976), 2113-2122.
13. Isakovich, M. A. (1973) General acoustics. Moscow: Nauka, 495.
14. Landau, L. D., Lifshits, Ye. M. (1986) Hydrodynamics. Moscow: Nauka, 746.
15. Roushan, K., Santwana, M. (2010) Effects of thermal relaxation time on plane wave propagation under two-temperature thermoelasticity. International Journal of Engineering Science, 48(2), 128-139.