Изучение закономерностей охлаждения поверхности водо-воздушным спреем в конвективной области теплообмена

Авторы

Демидов А. С.¹, Захаренков А. .¹, Комов А. Т.¹, Дедов А. В.²

1. Национальный исследовательский университет «МЭИ», ул. Красноказарменная, 17, стр. 1Г, Москва, 111250, Россия
2. Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет), ул. Красноказарменная,14, Москва, 111250, Россия

Аннотация

Анализ большого количества работ указывает на то, что одним из наиболее эффективных способов охлаждения является охлаждение спреем. При этом, в современной литературе отражено мало работ, посвященных охлаждению двухкомпонентным водо-воздушным спреем, а имеющиеся в открытом доступе критериальные уравнения по данной тематике охватывают ограниченный диапазон расходных характеристик. В работе приведено описание установки «Односторонний нагрев мишени» кафедры ОФиЯС НИУ МЭИ. Представлены результаты экспериментов по охлаждению поверхности водо-воздушным спреем в диапазоне средней температуры поверхности охлаждения при расходе воды и расходе воздуха на двух форсунках с различной пропускной способностью. На основании полученных результатов представлено критериальное уравнение при охлаждении мишени в области однофазной конвекции, описывающее полученные данные с погрешностью не более 10 %.

Ключевые слова:

теплообмен, охлаждение поверхности, пневматическая форсунка, водо-воз-душный спрей, плотность теплового потока, коэффициент теплоотдачи, критериальное уравнение, экспериментальные исследования

Список источников

1. Pitts R.A., Carpentier S., Escourbiac F. et al. Physics basis and design of the ITER plasma-facing components // Journal of Nuclear Materials. 2011. Vol. 415. pp. 957–964.

2. Hamann H.F., Weger A., Lacey J.A. et al. Hotspot-Limited Microprocessors: Direct Temperature and Power Distribution Measurments // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2007. Vol. 1. №. 42. pp. 56–65.

3. Mudawar I., Valentine V.S. Determination of the Local Quench Curve for Spray-Cooled Meatllic Surfaces // Journal of Heat Treating. 1989. Vol. 7. pp. 107–121.

4. Касаткин А.П., Комов А.Т., Скородумов С.В. и др. Описание экспериментальной установки по измере-нию температурных полей, возникающих в образцах при воздействии электронных пучков // Инженерные и физические пробелмы термоядерной энергетики. 1992. № 657. С. 45–48.

5. Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. 2-е изд. Москва: Энергия, 1966. 312 с.

6. Гроо Д.А., Тупотилов Д.А., Демидов А.С. и др. Программный комплекс для сбора, обработки и хра-нения информации теплофизических исследований на стенде "Односторонний нагрев" // Радиоэлектро-ника, электротехника и энергетика. Москва. 2023. С. 761.

7. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы тепло-физических свойств воды и водяного пара: Справоч-ник. Москва: МЭИ, 1999. 168 с.

8. Сычев В.В., Вассерман А.А., Козлов А.Д. и др. Тер-модинамические свойства воздуха. Москва: Изда-тельство стандартов, 1978. 276 с.

9. Ghodbane M., Holman J.P. Experimental study of spray cooling with Freon-113 // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1991. № 34. pp. 1163–1174.

10. Исаченко В.П., Кушнырев С.И. Струйное охлажде-ние. Москва: Энергоатомиздат, 1984. 216 с.

11. Estes K.A., Mudawar I. Correlation of Sauter mean diameter and critical heat flux for spray cooling of small surfaces // International Journal of Heat and Mass Trans-fer. 1995. № 38. pp. 2985–2996.

12. Cheng W.L., Han F.Y., Liu Q.N. et al. Spray charac-teristics and spray cooling heat transfer in the non-boi-ling regime // Energy. 2011. № 36. pp. 3399–3405.

13. Гроо Д.А., Демидов А.С., Захаренков А.В. и др. Ана-лиз эффективности охлаждения высокотемператур-ной поверхности диспергированным потоком тепло-носителя // Теплоэнергетика. 2024. № 9. С. 59–74.