Исследование гидродинамики и теплообмена при циркуляции водно-спиртовой смеси

Внедрение: 2021 г.

Бинарные неазеотропные смеси все чаще используются в различных теплообменных устройствах в качестве теплоносителя или рабочего тела. При использовании неазеотропных смесей необходимо учитывать особенности процесса теплообмена, определяемые специфической термодинамикой этих смесей. В данной работе [1] представлены результаты исследования гидродинамики и теплообмена при циркуляции водно-спиртовой смеси через обогреваемый цилиндрический канал.

Эксперименты проводились на специально созданной для этих исследований установке. Установка предназначена для исследования эффективности теплообмена при течении в трубах как чистых жидкостей, так и смесей (вода, этанол, фреоны), рисунок 1.

Рисунок 1. Схематическое изображение экспериментальной установки: 1 – тестовая секция, состоящая из двух блоков; 2 – цилиндрический сосуд для испытательной жидкости; 3 – заправочный клапан; 4 – центробежный насос; 5 – регулирующий клапан; 6 – турбинный расходомер; 7 – манометры; 8 – теплоизолированный тракт; 9 – оптическая секция; 10 – стабилизированный источник тока; 11 – тонкопленочные платиновые термометры сопротивления; 12 – медный спиральный теплообменник; 13 – термостат; 14 – клапан; 15 – вакуумный тракт; 16 – манометр.

Выделение тепла в рабочей части происходит за счет протекания постоянного электрического тока по стенке трубы. Ток подается от стабилизированного источника тока (10) через приборный шунт. Падение напряжения на испытательном участке измеряется с помощью делителя напряжения. Для измерения температуры стенки было установлено 15 тонкопленочных платиновых термометров сопротивления HEL‑700 1000 Ом (11). Измерительный ток 100 мкА обеспечивает прецизионный генератор тока REF200. Показания термометров, токового шунта и делителя напряжения считываются 24‑битным АЦП LTR114.

Рисунок 2. Фотографии потока в оптическом сечении при различных массовых расходах.

Диаграмма распределения температуры стенки по длине рабочего участка (L) для четырех различных массовых скоростей показана на рисунке 3. 

Рисунок 3. Распределение температуры стенки вдоль испытательного участка.

В результате экспериментальных исследований были получены данные по теплоотдаче в неазеотропной водно-спиртовой смеси с массовой концентрацией 22 % при циркуляции в цилиндрическом канале диаметром 8 мм и длиной 4 м. Исследован диапазон рабочих параметров от однофазной конвекции до развитого режима двухфазного течения, получены результаты по распределению температуры по рабочему участку. Установлено, что в неазеотропной смеси процесс испарения начинается значительно раньше, чем определяют условия равновесия.

Источник:
AIP Conference Proceedings 2422, 040009 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0068201

Разработчик: Жуков В.Е., Мезенцева Н.Н., Мезенцев И.В. (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск)