Труды 4-й РНКТ (2006). Том 5. Испарение, конденсация. Двухфазные течения

Витовский О.В., Кузнецов В.В.
Исследование распространения волны испарения метастабильной однокомпонентной жидкости

Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск, Россия

Аннотация

При быстрой разгерметизации сосуда с жидкостью, находящейся первоначально при высоком давлении в равновесии с паром, возникает система с высоким уровнем метастабильности. В этих условиях возможно возникновение волны интенсивного поверхностного испарения жидкости. В данной работе исследована динамика волны поверхностного испарения фреона R11 в прозрачном цилиндрическом канале, возникающей при разрыве диафрагмы, разделяющей сосуд с пониженным давлением и рабочий участок. Выделены режимы с высокоскоростным фронтом испарения. Показано, что распад метастабильной жидкости происходит в виде волны поверхностного испарения с ячеистой структурой фронта и аномально высокими значениями коэффициента теплообмена со стороны жидкости. Получена зависимость скорости перемещения фронта испарения от начальной температуры жидкости и определено критическое значение температуры, ниже которой волна испарения не наблюдаются. С использованием высокоскоростной видеокамеры проведена визуализация структуры и динамики фронта испарения. Впервые показано, что движение фронта испарения имеет пульсирующий характер. Развит метод расчета волны поверхностного испарения с квази- плоской межфазной границей, основанный на модели неравновесного испарения жидкости и экспериментально измеренных коэффициентах теплоотдачи со стороны жидкости.

Заключение

Распространение волны испарения в метастабильной жидкости исследовано экспериментально при разрыве диафрагмы, разделяющей сосуд с пониженным давлением и прозрачный рабочий участок. Проведенная визуализация структуры фронта испарения показала, что испарение жидкости в волне испарения происходит существенно неравновесно и скорость распространения волны определяется не начальным перегревом, а начальной температурой жидкости, что связано с критическим режимом истечения пара. Показано, что распад метастабильной жидкости происходит в виде волны поверхностного испарения с ячеистой структурой фронта. Определены характерные размеры ячеистой структуры фронта испарения в зависимости от начальной температуры жидкости. Впервые показано, что движение фронта испарения имеет пульсирующий рения, определена температура жидкости на границе жидкость-пар и впервые получены коэффициенты теплоотдачи на межфазной поверхности при распаде метастабильной жидкости. Полученные значения коэффициентов теплоотдачи могут быть использованы для замыкания уравнений сохранения (1)—(3) и использованы совместно с (4) для расчета параметров волны испарения в перегретой жидкости.

Скачать/просмотреть текст доклада (в формате pdf)

Следующая страница: Волчков Э.П., Макарова С.Н. Теоретическое исследование температуры инверсии при испарении различных жидкостей