Научная статья
УДК 536.445/536.4.033
DOI: doi.org/10.48612/dalrybvtuz/2024-69-03
EDN: FJQJVX
Исследование кризиса теплообмена первого рода при выпаривании солевых растворов
Андрей Вячеславович Жуков
Мурманский арктический университет, Мурманск, Россия,
аспирант кафедры «Технологическое и холодильное оборудование», SPIN-код: 6818-9154, AuthorID: 1258537,
ORCID: 0000-0002-3357-7469,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ольга Алексеевна Голубева
Мурманский арктический университет, Мурманск, Россия,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Технологическое и холодильное оборудование», Почетный работник сферы образования Российской Федерации, SPIN-код: 8603-2760, AuthorID: 800874,
ORCID: 0000-0003-2747-6939,
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Аннотация. В связи с широким применением процесса выпаривания в различных отраслях промышленности управление процессом выпаривания представляется достаточно актуальным и практически значимым. В работе представлены результаты исследования кризиса теплообмена первого рода при выпаривании раствора хлористого натрия. Целью работы является адаптация для истинных растворов критериального уравнения первой критической плотности теплового потока, полученного одним из авторов статьи в Мурманском государственном техническом университете, и справедливого для неоднородных жидких пищевых сред. Экспериментальные исследования проводились в два этапа с использованием физического моделирования, с соблюдением геометрического и физического подобия по оригинальной методике, разработанной в ФГАОУ ВО «Мурманский государственный технический университет» (в настоящее время – ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет». Исследования проведены на водных растворах поваренной соли (хлористого натрия) различной концентрации для трёх режимов обогрева при естественной конвекции. В ходе экспериментов сделана попытка определения участков выпарной трубы, где наиболее вероятно возникновение кризиса теплообмена первого рода, и на которые приходится наибольшая тепловая нагрузка, со временем вызывающая пережог стенки. Расчёт коэффициента теплоотдачи и критической плотности теплового потока, необходимых для адаптации критериального уравнения первой критической плотности теплового потока, выполнен по стандартной методике с применением программного обеспечения Microsoft Excel. Основным результатом данного этапа научного исследования стало окончательное достижение поставленной цели. Полученное уравнение позволяет предсказывать появление кризиса теплообмена первого рода при выпаривании исследуемого раствора, продолжать активное движение к созданию универсального уравнения по определению параметров исследуемого типа кризиса для вертикальных трубчатых поверхностей при естественной конвекции и разрабатывать рациональные режимы работы существующих и проектируемых выпарных аппаратов.
Ключевые слова: кризис теплообмена первого рода, солевой раствор, критериальное уравнение, выпаривание, критическая плотность теплового потока, критическая температура, парогенерирующая труба
Список источников
1. ГОСТ Р 51574 -2018. Соль пищевая. Общие технические условия. https://docs.cntd.ru/document/1200159300 Accessed 15 Nov 2021.
2. Eurasian Salt Company https://www.esolk.ru/o-kompanii/poleznaya-informatsiya/dobycha-soli-rossiya/, https://www.esolk.ru/mestorozhdeniya-soli/ Accessed 10 Nov 2021.
3. Гогонин И. И. Зависимость критического теплового потока при кипении от физических свойств теплоносителя // Теплофизика и аэродинамика. 2009. Т. 1. С. 115–122.
4. Дьяконов В. Г., Лонщаков О. А. Основы теплопередачи и массообмена : учеб. пособие / Казан. нац. исслед. технол. ун-т. Казань: Изд-во КНИТУ, 2015. 242 с.
5. Катто Ю. Критические тепловые потоки при кипении. Сан-Франциско, 1986. 36 с.
6. Захаров Н. С. Конвективные течения в процессах нестационарного вскипания теплоносителя в пристенном зернистом слое : дис. … канд. техн. наук. М., 2017. 152 с.
7. Протодьяконов, М. М. Методика рационального планирования экспериментов / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер. М. : Изд-во «Наука», 1979. 76 с.
8. Голубева О. А. Повышение эффективности работы выпарных аппаратов в условиях критических тепловых потоков : дис. … канд. техн. наук. Мурманск, 1998. 147 с.
9. Голубева О. А, Грекова О. М. Кризис теплообмена первого рода при выпаривании молока : проблема и способы решения // Вестник МГТУ : тр. Мурм. гос. техн. ун-та. 2017. Т. 20, № 3. С. 157–164. DOI: 10.21443/1560-9278-2017-20-3-547-555.
10. Пат. RU 178723 U1 Российская Федерация, МПК B01D 1/06, B01D 1/12. Выпарная установка / Голубева О. А., Грекова О. М..; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Мурманский государственный технический университет». № 201713716 ; заявл. 23.10.2017 ; опубл. 18.04.2018, Бюл. № 11. 4 с., ил.
11. Голубева О. А., Грекова О. М. Разработка и совершенствование технологического и холодильного оборудования пищевых производств. Раздел 4 Разработка и совершенствование оборудования для исследования кризиса теплообмена первого рода в многокомпонентных гетерогенных смесях : отчёт о ГБ НИР «Разработка и совершенствование технологического и холодильного оборудования пищевых производств» (заключ.). № ГР 01201375267, Номер государственного учета отчёта АААА-Б18-218021660002-2, дата постановки на учёт 16.02.2018.
12. Голубева О. А., Грекова О. М. Кризис теплообмена первого рода
в молочно-сахарных смесях и способы его устранения // Инновации и продовольственная безопасность : теоретический и научно-практический журнал. Новосибирск. 2018. № 2(20). С. 36–44. DOI: 10.31677/2311-0651-2018-0-2-36-44.
© Жуков А. В., Голубева О. А., 2024
Для цитирования: Жуков А. В., Голубева О. А. Исследование кризиса теплообмена первого рода при выпаривании солевых растворов // Научные труды Дальрыбвтуза. 2024. Т. 69, № 3. С. 28–36.
Статья поступила в редакцию 08.09.2024; одобрена после рецензирования 19.09.2024; принята к публикации 30.09.2024.
Origrnal article
Research of the heat transfer crisis of the first kind during evaporation of salt solutions
Andrey V. Zhukov
Murmansk Arctic University, Murmansk, Russia,
Postgraduate student of the Department of Technological and refrigeration equipment, SPIN-code: 6818-9154, AuthorID: 1258537,
ORCID: 0000-0002-3357-7469
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Olga A. Golubeva
Murmansk Arctic University, Murmansk, Russia,
PhD in Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Technological and refrigeration equipment, Honorary Worker of the Russian Federation Education Sector, SPIN-code: 8603-2760, AuthorID: 800874,
ORCID: 0000-0003-2747-6939
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Abstract. Due to the widespread use of the process of evaporation in various industries, monitoring the evaporation process seems to be quite relevant and practically significant. The paper presents the results of the study dealing with the crisis of heat transfer of the first kind in evaporating the sodium chloride solution. The aim of this work is to adapt the criterion equation of the first critical heat flux density for true solutions This equation was obtained by one of the authors of the article at the Murmansk State Technical University, and is valid for heterogeneous liquid food media. Experimental studies were carried out in two stages using physical modeling, observing geometric and physical similarity according to the original method developed at the Murmansk State Technical University. The studies were carried out on aqueous solutions of sodium chloride (sodium chloride) of various concentrations for three heating modes with natural convection. In the course of the experiments, an attempt was made to determine the sections of the evaporator tube, where the crisis of heat exchange of the first kind is most likely to occur, experiencing the greatest heat load, that eventually causes the wall’s dead burning. The сalculation of the heat transfer coefficient and critical heat flux density necessary to adapt the criterion equation of the first critical heat flux density was carried out according to standard methods using Microsoft Excel software. The main result of this stage of scientific research was the final achievement of the goal. The resulting equation allows to predict the appearance of the crisis of heat transfer of the first kind in evaporating the solution under study, to continue active movement towards the creation of the universal equation for determining the parameters of the type of crisis under study for vertical tubular surfaces under natural convection, and to develop rational operation modes for existing evaporators and the ones being designed
Keywords: Crisis of heat transfer of the first kind, Salt solution, Criterion equation, Evaporation, Critical heat flux density, Critical temperature, Steam-generating pipe
© Zhukov A. V., Golubeva O. A., 2024
For citation: Zhukov A. V., Golubeva O. A. Research of the heat transfer crisis of the first kind during evaporation of salt solutions. Scientific Journal of the Far Eastern State Technical Fisheries University. 2024; 69(3): 28–36 (in Russ.).
The article was submitted 08.09.2024; approved after reviewing 19.09.2024; accepted for publication 30.09.2024.