Kondensacijos šilumos nuvedimo nuo tarpfazinio paviršiaus į vandens gilumą tyrimas taikant termografinį metodą

Abstract

Kondensacijos reiškinys yra plačiai tyrinėjamas jau daug metų. Tačiau dėl eksperimentinių duomenų fragmentiškumo bei plataus supaprastintų modelių taikymo pilnas kondensacijos reiškinio modelis nėra sukurtas. Tiek eksperimentiniai duomenys, tiek ir naudojami esami daliniai kondensacijos reiškinio modeliai yra gauti ir sukurti pirmiausia tenkinant praktinius pramonės poreikius – tyrėjų dėmesio sulaukė tik plačiausiai naudojami režimai. Kadangi fundamentiniai tyrimai yra labai sudėtingi, keliami tikslai dažniausiai apsiribojo technologinių procesų optimizavimu ir kitais praktiniais uždaviniais. Vienas tokių nepakankamai gerai ištirtų ir suprantamų režimų – stratifikuotas dvifazis tekėjimas su tiesioginės fazių sąveikos sukeliamu tarpfazinio paviršiaus nestabilumu. Straipsnyje pateikiami vandens temperatūros profilių matavimai, kai vanduo ir besikondensuojantis garas stratifikuotai kartu teka ta pačia kryptimi. Remiantis gautais rezultatais yra aprašomas šilumos perdavimas nuo tarpfazinio (kondensacijos) paviršiaus į vandens gilumą. Matavimai buvo atlikti x/h = 9,4, 14,8, 20,4 ir 39,2 (166, 312, 458, 932 mm) atstumuose nuo kanalo pradžios, taikant vandens srauto netrikdantį termografinį metodą. Termografinis metodas leidžia su didele skiriamąja geba ir mažu ±2  °C matavimo duomenų neapibrėžtumu išmatuoti vandens temperatūrą prie pat kanalo šoninės sienelės. Skirtingos tekėjimo sąlygos buvo sukuriamos kaitaliojant į kanalą įtekančių fazių greitį (vandens 0,014, 0,028 ir 0,056; o garo 6, 8, 10 ir 12  m/s). Tiekiamo vandens temperatūra į kanalą buvo 25 °C. Nustatyta, jog skirtinguose režimuose išmatuotų vertikalių vandens temperatūros profilių kitimas pagal aukštį nuo tarpfazinio paviršiaus iki kanalo dugno yra nevienodas ir netolygus. Tirtuoju atveju tekančio vandens sluoksnį galima suskirstyti į 4-ias zonas, kuriose pagal aukštį vandens temperatūra kinta skirtingai. Taip pat nustatyta, kad dėl „kondensacinio-turbulentinio sužadinimo“ mechaninė garo tėkmės įtaka vandens turbulencijai pasireiškia ne tik prie pat tarpfazinio paviršiaus (iki ~1 mm gylyje), bet ir gerokai giliau. Didinant tiekiamo garo greitį ir esant pastoviam vandens tekėjimo greičiui, kondensacinis-turbulentinis sužadinimas prasideda vis arčiau tiesioginio garo ir vandens kontakto pradžios.