Критический тепловой поток
При изучении теплообмена критическим тепловым потоком ( КТР ) называется тепловой поток , при котором кипение перестает быть эффективной формой передачи тепла от твердой поверхности к жидкости .
Кипящие системы — это системы, в которых жидкий теплоноситель поглощает энергию от нагретой поверхности твердого тела и претерпевает фазовый переход . В системах с проточным кипением насыщенная жидкость проходит ряд режимов течения по мере повышения качества пара. В системах, использующих кипение, скорость теплопередачи значительно выше, чем если бы жидкость была однофазной (т.е. полностью жидкой или полностью паровой). Более эффективная передача тепла от нагретой поверхности происходит за счет теплоты парообразования и явного тепла . Таким образом, теплопередача при кипении играет важную роль в промышленных процессах теплопередачи, таких как макроскопические теплообменники .на атомных и ископаемых электростанциях, а также в микроскопических устройствах теплопередачи, таких как тепловые трубы и микроканалы для охлаждения электронных микросхем .
Использование кипячения как средства отвода тепла ограничено условием, называемым критическим тепловым потоком (КТР). Самая серьезная проблема, которая может возникнуть вокруг КГП, заключается в том, что температура нагреваемой поверхности может резко возрасти из-за значительного снижения теплопередачи. В промышленных применениях, таких как охлаждение электроники или приборов в космосе, внезапное повышение температуры может нарушить целостность устройства.
Конвективный теплообмен между равномерно нагретой стенкой и рабочим телом описывается законом охлаждения Ньютона :
где представляет тепловой поток, представляет пропорциональную постоянную, называемую коэффициентом теплопередачи , представляет температуру стенки и представляет температуру жидкости. Если значительно уменьшится из-за возникновения условия CHF, будет увеличиваться для фиксированного и пока будет уменьшаться для фиксированного .
Понимание явления CHF и точное прогнозирование условий CHF важны для безопасного и экономичного проектирования многих теплообменных установок, включая ядерные реакторы , котлы на ископаемом топливе , термоядерные реакторы , электронные микросхемы и т. д. Таким образом, это явление широко исследовалось на протяжении многих лет. мир с тех пор, как Нукияма впервые охарактеризовал его. [1] В 1950 г. Кутателадзе предложил гидродинамическую теорию кризиса эмоционального выгорания. [2] За последние десятилетия была проделана значительная работа по разработке ядерных реакторов с водяным охлаждением.. Теперь многие аспекты этого явления хорошо изучены, и для условий, представляющих общий интерес, доступно несколько надежных моделей прогнозирования .