Vestnik of Don State Technical University Vestnik of Don State Technical University Вестник Донского государственного технического университета 1992-5980 13637 10.12737/22167 Механика Mechanics Механика Problem of critical area of heat transfer and energy motion under liquid binary mixtures boiling Проблема критической области теплоотдачи и движения энергии при кипении бинарных смесей жидкостей Романов Виктор Викторович Romanov Viktor Викторович Лыков Евгений Васильевич Lykov Evgeniy Васильевич Желонкина Елена Сергеевна Zhelonkina Elena Sergeevna Кемеровский государственный университет Кемерово Россия Kemerovo State University Kemerovo Russian Federation 14 10 2016 14 10 2016 16 4 36 40 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/13637/view

Приводятся экспериментальные результаты исследования критической плотности теплового потока при ненасыщенном кипении бинарных смесей вода-н-бутанол и вода-н-пентанол в пределах концентраций от 0 до 100% по весу органического компонента. В исследуемых бинарных жидкостях определены составы, которые имеют максимальный (пиковый) критический тепловой поток. При этом выявлены некоторые парадоксы в кипении данных смесей и особенности форм кривых qкр(х). Проводятся сопоставления полученных результатов исследования в области кипения бинарных смесей с раннее полученными. На основании этого анализа делается вывод о том, что проблема критической области теплоотдачи связана с существованием предела потока тепловой энергии при кипении бинарных жидких смесей. Плотность поступающей энергии ограничена той средой, через которую она течет. Эта фундаментальная закономерность, установленная авторами, может трактоваться как закон предела потока энергии в среде.

The experimental results of the heat flux critical density studying under the unsaturated boiling of the binary mixtures of water-n-butanol and water n-pentanol within the concentrations from 0 to 100% by weight of the organic component are provided. The compositions with the maximum (peak) critical heat flux in the binary liquids under study, are determined. At that, some paradoxes in the boiling of these mixtures and in the singularities of the curve shapes qкр(х) are revealed. The comparison of the research results obtained in the area of the binary mixtures boiling with the earlier data is carried out. On the basis of this analysis, it is concluded that the critical zone of the heat transfer is connected with the existence of the thermal energy flux limit under the binary liquid mixtures boiling. The incoming energy density is limited by the environment through which it flows. This fundamental regularity established by the authors can be interpreted as a law of the energy flux limit in the environment.

 кипение критическая область теплоотдачи критическая плотность теплового потока предел потока энергии бинарные смеси кипение. boiling a critical area of heat transfer critical heat flux density the limit of energy flow binary mixture.

Актуальность изучения критической области теплоотдачи при кипении жидкостей объясняется развитием энергетики больших мощностей и связана с существованием в природе малоизученного ограничения плотности потока энергии. Об этом факте упоминали в своих трудах Н. А. Умов [1], а затем П. Л. Капица [2]. Это ограничение не учитывается при проектировании энергетических установок, поэтому часто такие проекты становятся бесперспективными [2]. Ограничение плотности потока энергии связано с физическими свойствами той среды, через которую она движется, примером этого ограничения является возникновение кризиса теплоотдачи при кипении жидкостей.                   В результате экспериментальных исследований авторами было установлено, что для исследования кризиса кипения необходимо синхронно определять зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры нагревателя — и плотности теплового потока q от температуры — q(t) [3]. При этом оказалось, что обе кривые имеют максимум, который наступает при разных температурах, так что максимум кривой  имеет место всегда при температуре меньшей, чем максимум кривой q(t). Это позволяет авторам выдвинуть новую — тепловую, а не гидродинамическую теорию кризиса кипения. 

Умов, Н. А. Уравнения движения энергии в телах : дис. …д-ра техн. наук / Н. А. Умов - Одесса, 1874. - 176 с. Umov, N. А. Uravneniya dvizheniya energii v telakh: dis. …d-ra tekhn. nauk. [Equations of energy motion in the bodies: Dr.Sci. (Eng.) diss.] Odessa, 1874, 176 p. (in Russian). Капица, П. Л. Эксперимент, теория, практика / П. Л. Капица. - Москва : Наука, 1981.- 495 с. Kapitsa P.L. Eksperiment, teoriya, praktika.[Experiment, theory, practice.] Moscow: Nauka, 1981, 495 p. (in Russian). Кожокару, В. В. Исследование критической плотности теплового потока при квазистационарном нагреве поверхностно кипящих бинарных смесей / В. В. Кожокару, Е. В. Лыков // Вестник Донского гос. техн. ун-та. - 2015. - №1(80). - С. 48-53. Kozhokaru, V.V., Lykov, E.V. Issledovanie kriticheskoy plotnosti teplovogo potoka pri kvazistatsionarnom nagreve poverkhnostno kipyashchikh binarnykh smesey. [Study on critical heat flux density at the quasi-stationary heating of superficially boiling binary mixtures] Vestnik of DSTU, 2015, no. 1(80), pp. 48-53 (in Russian). Nukiyama, S. The maximum and minimum values of the heat Q transmitted from metal to boiling water under atmosphere pressure / Nukiyama, S // Iht. J. Heat Mass Transfer, 1984, vol. 27, pp. 959-970. Nukiyama, S. The maximum and minimum values of the heat Q transmitted from metal to boiling water under atmosphere pressure. Int. J. Heat Mass Transfer, 1984, vol. 27, pp. 959-970. Петерсен, В. К. Получение кривой кипения при регулировании процесса теплоотдачи / В. К. Петерсен, М. Ж. Залук // Труды Американского общества. - 1971. - №4. - С. 90-94. Petersen, V.K., Zaluk, M.Z. Poluchenie krivoy kipeniya pri regulirovanii protsessa teplootdachi. [Getting the boiling curve under the regulation of the heat transfer process.] Journal of Engineering for Industry, 1971, no. 4, pp. 90-94 (in Russian). Zuber N. Hydrodynamic aspects of boiling heat transfer / Zuber N // Dissertation of the degree doctor of philosophy in engineering /−1959. Los Angeles. California Zuber N. Hydrodynamic aspects of boiling heat transfer. Dissertation of the degree doctor of philosophy in engineering, 1959, Los Angeles, California. W.R. VanWijk., A.S. Vos., S.J.D. Stralen. Heat transfer to boiling liquid mixtures.//Chem. Eng. Sci.- 1956.-№5.-P.68-80. VanWijk, W.R., Vos, A.S., Stralen, S.J.D. Heat transfer to boiling liquid mixtures. Chem. Eng. Sci., 1956, no. 5, pp. 68-80. S. J. D. Van Stralen. Iht. J. Heat Mass Transfer, 1966. Vol. 9, p. 995-1006. Van Stralen, S.J.D. The mechanism of nucleate boiling in pure liquids and in binary mixtures-part I. Int. J. Heat Mass Transfer, 1966, vol. 9, pp. 995-1006. Van Stralen, S. J. D. The mechanism of nucleate boiling in pure liquids and in binary mixtures-part IV Surface boiling / S. J. D. Van Stralen // Iht. J. Heat Mass Transfer. - 1967. - Vol. 10. - p. 1485-1498. Van Stralen, S.J.D. The mechanism of nucleate boiling in pure liquids and in binary mixtures-part IV. Surface boiling. Int. J. Heat Mass Transfer, 1967, vol. 10, pp. 1485-1498. Кружилин, Г. Н. Критическая тепловая нагрузка при кипении жидкости в большом объеме / Г. Н. Кружилин, Е. В. Лыков // Журнал технической физики. - 2000. - т.70, №2. - С.16-19. Kruzhilin, G.N., Lykov, E.V. Kriticheskaya teplovaya nagruzka pri kipenii zhidkosti v bol´shom ob´´eme. [Critical heat load in pool boiling.] Technical Physics, 2000, vol. 70, no. 2, pp. 16-19 (in Russian).