Добірка наукової літератури з теми "Кипіння рідини"

Важливою особливістю роботи теплообмінників з киплячою рідиною є можливість виникнення в каналах охолодження високочастотних пульсацій тиску (термоакустичні явища). В роботі аналізуються умови виникнення термоакустичних явищ в каналах системи охолодження теплонавантажених пристроїв. Стверджується, що у порівнянні з кипінням з насиченим потоком, кипіння з переохолодженням має більш високу ефективність теплопередачі і кращі характеристики тепловіддавання. Внаслідок високих теплових потоків на поверхні охолодження та при великих недогрівах ядра потоку рідини до температури насичення виникає поверхневе кипіння теплоносія. Визначено, що в таких умовах можливо виникнення високочастотних пульсацій акустичного тиску. Встановлено, що виникнення термоакустичних коливань здатне привести до утворення стоячої хвилі в каналі. Бульбашки киплячої рідини, які розподілені по поверхні труби, можна розглядати в якості гармонійних осциляторів. Представлено математичну модель, що описує генерацію термоакустичних коливань в каналі охолодження. Припущеннями математичної моделі є одномірний рух теплоносія і синусоїдальний закон зміни об’єму парових бульбашок. Вважається, що коливання з високою амплітудою виникають внаслідок резонансу, що спостерігається при збігу частоти вимушених коливань парових бульбашок з власною частотою коливань парорідинного стовпа або їх гармоніками. Розроблена методика розрахунку амплітуди термоакустичних коливань тиску в залежності від щільності теплового потоку. Проведення обчислювального експерименту показало, що без урахування дисипативних явищ визначити значення амплітуди коливань в резонансній області неможливо. Представлена методика пропонується до використання при проектуванні систем рідинного охолодження теплонавантажених приладів, для яких режими охолодження припускають істотний недогрів теплоносія до температури насичення та за умов виникнення поверхневого кипіння

Наведено аналіз існуючих даних з проблеми виникнення, зберігання, транспортування та сепарації вод, що містять нафту морських суден. Розглянуто компонентний стан забруднених нафтою вод як дисперсної системи. Зазначено, що методи, які забезпечують значення концентрації нафтопродуктів на виході з системи очищення менш ніж 15 млн-1, характеризуються складністю своєї технічної реалізації та великими витратами (економічними, енергетичними, матеріальними) на поточне обслуговування. Для розподілу вод, що містять нафту запропоновано варіант холодного кипіння рідини за рахунок використання гідромеханічного процесу суперкавітації всередині робочої камери. Показано, що застосування запропонованого способу очищення вод забезпечують залишкову концентрацію не більше ніж 5 млн-1. Доведено, що розроблена установка для сепарації суднових вод, що містять нафту характеризується малими енергетичними затратами та забезпечується стандартним комплексом робот на технічну експлуатацію, технічне обслугову-вання та ремонт.

Міждисциплінарний характер нових цілей, спрямованих на розробку робочих матеріалів для екологічно чистих технологій вимагає більш динамічного використання інформаційних технологій (ІТ) для забезпечення правильних компромісних рішень у конкурентному середовищі. Машинне навчання (ML) — це частина методологій штучного інтелекту (AI), яка використовує алгоритми, які не є прямим рішенням проблеми, а навчаються за допомогою рішень незліченної кількості подібних проблем. Машинне навчання відкрило новий шлях у дослідженні термодинамічної поведінки нових речовин. Різні обчислювальні інструменти були застосовані для вирішення актуальної проблеми - прогнозування фазової поведінки soft речовин під значними екзогенними впливами. Метою цього дослідження є розробка нової точки зору щодо прогнозування термодинамічних властивостей м'яких речовин за допомогою методології, яка передбачає штучні нейронні мережі (ANN) та глобальну фазову діаграму для забезпечення кореляції між структурою та властивостями. В роботі представлено застосування машинного навчання в інженерній термодинаміці для прогнозування азеотропної поведінки бінарних холодоагентів і визначення коефіцієнта продуктивності (COP) для роботи органічного циклу Ренкіна (ORC). За даними про кипіння та критичні точки. Запропоновано новий підхід до прогнозування утворення азеотропного стану в суміші, який розроблено та представлено. Цей підхід використовує синергію нейронних мереж та методології глобальної фазової діаграми для кореляції азеотропних даних для бінарних сумішей на основі лише критичних властивостей та ацентричного коефіцієнта окремих компонентів у сумішах холодоагентів. Це не вимагає інтенсивних розрахунків. Побудова кореляцій ANN між інформаційними атрибутами робочих рідин та критеріями ефективності циклу Ренкіна звужує область компромісів у просторі конкурентних економічних, екологічних та технологічних критеріїв

Досліджувався процес екстрагування твердої речовини з капілярів циліндричної форми з метою визначення кінетики даного процесу. Твердою фазою служив купруму сульфат, який екстрагувався дистильованою водою. Екстрагування твердої фази складається з процесу розчинення цільового компоненту та дифузії розчиненої речовини у капілярі. Лімітуючою стадією даного процесу є дифузія компоненту всередині капіляру, що відбувається за законом молекулярної дифузії Фіка. У промислових умовах інтенсифікація процесу екстрагування відбувається за рахунок подрібнення твердого матеріалу або збільшення температури. У роботі досліджувався процес екстрагування в умовах вакуумування системи, при якому виникає кипіння рідини та утворення парової фази. Зародження, ріст та відрив парових бульбашок всередині капілярів приводить до переміщення рідини, що сприяє її заміні, створенні умов нестаціонарності, достачанні свіжої рідини до поверхні розчинення. Наведено експериментальну установку, методику виконання досліджень та експериментальні результати для капіляра діаметром 0,8 мм. Представлено графічно залежність переміщення зони розчинення у капілярі для трьох випадків за однакової температури 750С: розчинення під час механічного перемішування, постійного вакуумування та періодичного вакуумування. Найвища швидкість екстрагування відповідає періодичному вакуумуванню. Визначено ефективні коефіцієнти дифузії у капілярах та відношення коефіцієнтів за вакуумування до екстрагування в умовах механічного перемішування. Показано, що за постійного вакуумування процесу екстрагування швидкість екстрагування зростає у 2,8 рази; за періодичного вакуумування, при якому відбувається сплескування парової фази і переміщення рідини у капілярі, у 6,3 рази. The process of extracting of solid substance from cylindrical capillaries to determine the kinetics of this process was investigated. As the solid phase served sulfur sulfate, which was extracted with distilled water. Extraction of the solid phase consists of the process of dissolving of the target component and diffusion of the dissolved substance in the capillary. The limiting stage of this process is the diffusion of a component inside the capillary, which occurs under the law of molecular diffusion of Fick. In industrial conditions, the intensification of the extraction process occurs by grinding of a solid material or increasing of the temperature. In this paper, the process of extraction under conditions of vacuuming of the system, in which occurs boiling of the fluid and formation of a vapor phase, is investigated. The origin, growth and separation of the vapor bubbles within the capillaries leads to the displacement of the fluid, which facilitates its replacement, the creation of non-stationary conditions, the supply of fresh liquid to the surface of the dissolution. The experimental apparatus, methodology of research and experimental results for a capillary with a diameter of 0,8 mm are given. Graphically, the dependence of the displacement of the dissolution zone in the capillary is presented for three cases at the same temperature of 750С: dissolution during mechanical mixing, constant vacuuming and periodic vacuuming. The highest rate of extraction corresponds to periodic vacuuming. The effective coefficients of diffusion in the capillaries and the ratio of the coefficients of vacuuming to extraction under conditions of mechanical mixing are determined. It is shown that during the continuous vacuuming of the extraction process, the extraction rate increases in 2,8 times; for periodic vacuuming, at which there is an explosion of the vapor phase and the movement of liquid in the capillary, in 6,3 times.

Запропонована математична модель, яка враховує інерційну та термодинамічну складові осциляції бульбашок, теплообмінні процеси у рідині, теплообмін на границі бульбашки. Проведено дослідження динамічних характеристик газопарових бульбашок різних розмірів. Після виконаних розрахунків побудовано графіки зміни розміру бульбашки, її температури, швидкості руху, тиску парогазового середовища всередині бульбашки в часі. Встановлено, що кожен розмір бульбашок має свою частоту осциляцій. Розраховано швидкість гідратоутворення і встановлено, що вона набуває максимальних значень під час розігріву газового середовища всередині бульбашки. Поступово у в’язкій рідині осциляції затухають і процес гідратоутворення підтримується за рахунок відведення теплоти у зовнішні шари рідини. За термодинамічними характеристиками поверхні контакту рідкої та газоподібної фаз визначено кількість утвореного газового гідрату. Результати досліджень можуть застосовуватися для оптимізації різноманітних технологічних процесів, пов’язаних з кипінням, спученням матеріалів, утворенням газових гідратів та кавітацією у рідині

Магістерська дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків. Загальний об’єм дисертації становить 101 сторінку, з них 88 сторінок основного тексту, 31 рисунок, 4 таблиці, список джерел з 37 найменувань. Актуальність теми. Розвиток ядерної енергетики в даний час направлено на створення АЕС на базі екологічно чистих реакторів 4-го покоління. Однією з можливих концепцій таких реакторів є модульний гелієвий реактор, в якому в якості теплоносія використовується гелій. В даний час розробляються перспективні проекти створення газоохолоджувальних ЯЕУ 4-го покоління, які поєднують в собі виробництво електроенергії та водню методом високотемпературного електролізу пари, що здійснюється в високотемпературних парогенераторах. Найбільший інтерес у питанні моделювання парогенератора ЯЕУ представляє собою течія киплячої рідини в вертикальному каналі довільної форми. Тому пошук максимально можливої компактності конструкції при достатньому рівні міцності та високих теплогідравлічних характеристиках є актуальною проблемою. Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідна робота по темі дисертації проводилася по програмі спільних робіт з «Відділенням Цільової Підготовки «КПІ ім. Ігоря Сікорського» для НАНУ за напрямком №1.7.1.АХ.2 «Термогазодинаміка турбулентних потоків в обертових каналах високотемпературних енергетичних установок» від 02.01.2018 р., реєстраційний номер 0118Г000006. Мета даної роботи − дослідження теплогідравлічних та геометричних параметрів парогенератора ГТ-МГР для виробництва електроенергії та водню, а також моделювання процесу теплообміну при кипінні рідини в вертикальній трубі. Досягнення мети передбачає виконання таких завдань: – Розробити математичну модель високотемпературного парогенератора ЯЕУ четвертого покоління з використанням гелію в якості первинного теплоносія з гвинтовими закрученими (змієвиковими) трубами. – Змоделювати процес теплообміну при кипінні рідини. – Дослідити структуру потоку та характерні режими теплообміну в вертикальній трубі. – Реалізувати п'ять різних методів розрахунку теплообміну при кипінні у вертикальній трубі, заснованих на експериментальних кореляційних залежностях. Об’єктом дослідження є теплогідравлічні процеси в парогенераторі ядерної енергетичної установки ГТ-МГР з гелієвим реактором для виробництва електроенергії та водню. Предметом дослідження є закономірності та показники впливу на теплообмін і гідродинаміку від температури і тиску при кипінні рідини в теплообмінному елементі парогенератора. Методи дослідження: При досліджуванні використовувався метод математичного моделювання за допомогою спеціалізованої програми «STEAMG» для теплового та гідравлічного розрахунку парогенератора. Наукова новизна одержаних автором результатів полягає у наступному: 1. За допомогою спеціалізованої програми «STEAMG» було змодельовано процес теплообміну при кипінні рідини в вертикальній трубі. 2. Було визначено найбільш коректний з фізичної точки зору метод Чена для розрахунку теплообміну при русі двофазного потоку в каналі довільної форми. 3. Було отримано, що з ростом діаметра зовнішнього кожуха парогенератора в діапазоні D = 2,2…3,6 м відносні втрати тиску в холодному тракті парогенератора зростають на 7 % і знижуються зі збільшенням числа труб в трубному пучку на 11 %. 4. Відносні втрати тиску в гарячому тракті парогенератора невеликі і зменшуються з ростом діаметра зовнішнього кожуха і збільшенням числа труб в трубному пучку на 5 %. 5. З ростом діаметра зовнішнього кожуха парогенератора маса і об’єм теплопередавальних поверхонь парогенератора зростають на 10 % через зниження середньої швидкості первинного теплоносія, зниження значень коефіцієнта тепловіддачі і зростання потрібної довжини труб парогенератора. 6. В гарячому тракті значення коефіцієнта тепловіддачі при ηT = 0,925 на 15 % вище, ніж при ηT = 0,85. Практичне значення даної роботи полягає в отриманні початкових даних для створення компактних високотемпературних теплообмінників ядерної енергетичної установки з гелієвим реактором по виробництву електроенергії та водню. Апробація результатів роботи. Основні положення і результати роботи доповідались і обговорювались на конференції: – ХVІ Науково практична конференція студентів аспірантів та молодих вчених «Теоретичні і прикладні проблеми фізики, математики та інформатики.», м. Київ, 2018 р
The Master's thesis consists of an introduction, three chapters, and conclusions. The total volume of the thesis is 101 pages, including 88 pages of the basic text, 31 figures, 4 tables, a list of references of 37 titles. Importance of scientific problem. The development of nuclear energy is currently aimed at the creation of a nuclear power plant based on the 4th generation environmentally friendly reactors. One of the possible concepts for such reactors is a modular helium reactor, in which helium is used as a coolant. Currently promising projects for the creation of gas-cooled UES of the 4th generation are being developed, which combine the production of electricity and hydrogen by high-temperature steam electrolysis, which is carried out in high-temperature steam generators. The greatest interest in the modeling of the steam generator EIEU is the flow of boiling fluid in a vertical channel of arbitrary shape. Therefore, finding the maximum possible compactness of the structure with sufficient strength and high thermo-hydraulic characteristics is an urgent problem. Relationship to scientific programs, plans and themes. The research work on the topic of the dissertation was conducted on the program of joint work with the "Department of Target Preparation" KPI them. Igor Sikorsky for the National Academy of Sciences of Ukraine in the direction №.1.7.1.AX.2 "Thermogasodynamics of turbulent flows in the rotary canals of high-temperature power plants" dated January 2, 2018, registration number 0118Г000006. The aim of this work is to study the thermohydraulic and geometrical parameters of the GT-MGG steam generator for the production of electricity and hydrogen, as well as to simulate the process of heat exchange during boiling liquid in a vertical pipe. Achieving the goal involves performing the following tasks: - To develop a mathematical model of the high-temperature steam generator EIEA of the fourth generation using helium as a primary coolant with spiral twisted (snake) pipes. - Modify the process of heat exchange with boiling liquids. - Explore the flow structure and characteristic heat transfer modes in the vertical pipe. - Realize five different methods of calculating heat transfer when boiling in a vertical pipe, based on experimental correlation dependencies. The object of research is the thermal-hydraulic processes in the steam generator of the nuclear power plant GT-MGR with a helium reactor for the production of electricity and hydrogen. The subject of research is the patterns and indicators of the effect on heat transfer and hydrodynamics from temperature and pressure at boiling liquid in the heat-exchange element of the steam generator. Research methodology: In the study, the method of mathematical modeling was used with the help of a specialized program "STEAMG" for thermal and hydraulic calculation of the steam generator. The scientific novelty of the results obtained by the author is as follows: 1. With the use of the STEAMG specialized program, the process of heat exchange during boiling liquid in a vertical pipe was simulated. 2. It was determined that the most correct from the physical point of view is the Chen method for calculating heat transfer in the movement of two-phase flow in a channel of arbitrary form. 3. It was found that with increasing diameter of the outer casing of the steam generator in the range D = 2,2…3,6 m relative pressure losses in the cold tract of the steam generator increase by 7% and decrease with an increase in the number of pipes in the tube bundle by 11%. 4. Relative pressure losses in the hot path of the steam generator are small and diminish with the growth of the diameter of the outer casing and the increase in the number of pipes in the tube bundle by 5%. 5. With the growth of the diameter of the outer casing of the steam generator, the mass and volume of the heat transfer surfaces of the steam generator increase by 10% due to the decrease in the average speed of the primary coolant, the decrease in the values of the coefficient of heat transfer and the growth of the required length of steam of the steam generator. 6. In the hot path, the value of the coefficient of heat transfer at ηT = 0,925 is 15% higher than at ηT = 0,85. The importance for practice of this work is to obtain the initial data for the creation of compact high-temperature heat exchangers of a nuclear power plant with a helium reactor for the production of electricity and hydrogen. Conferences. The main provisions and results of work were reported and discussed at the conference: - XVI Scientific and Practical Conference of Students of Postgraduate Students and Young Scientists "Theoretical and Applied Problems of Physics, Mathematics and Informatics.", Kyiv, 2018