Kritické tepelné toky na hladkých a upravených površích

Abstract

Tato práce se zabývá problematikou kritických tepelných toků (KTT) na technicky hladkých a upravených površích při nízkých tlacích. Teoretická část uvádí základní pojmy dvoufázového proudění a rozbor dosavadních prací o vlivu povrchu na KTT. V hlavní části práce je popsáno vybudované experimentální zařízení pro výzkum KTT při nízkých tlacích 100 -1500 kPa (1-15 bara) s vertikální mezikruhovou testovací sekcí. Mezikruží je tvořeno venkovní skleněnou trubkou s vnitřním průměrem 14,8mm a vnitřní trubkou z Inconelu™ 625 / Optimized ZIRLO™ o vnějším průměru 9,14mm a vytápěnou délkou 380/365mm. Experimentální část se zabývá přesností měření, metodikou testování a interpretací výsledků. Experimenty KTT na hladkém povrchu byly provedeny na tlakových hladinách 120 kPa, 200 kPa a 300 kPa, při vstupní teplotě 64,78,91°C a při hmotnostních tocích 400, 500, 600 a 800 kg/m2s. Experimenty na povrchu upraveném broušením (brusným plátnem hrubosti 150zrn/cm2) a balotinováním, byly provedeny při hmotnostních tocích 400, 500 a 600 kg/m2s. Celkově 122 experimentů bylo porovnáno s literaturou. Maximální zvýšení KTT na broušeném/balotinovaném povrchu bylo 18,12%/16,17%. Struktura povrchu byla analyzována laserovým mikroskopem. Smáčivost povrchů byla měřena metodou sedící kapky. Prvkové složení povrchu bylo vyhodnoceno pomocí metody EDS.This thesis deals with the problem of critical heat flux (CHF) on technically smooth and treated surfaces at low pressures. The theoretical part presents the basic concepts of two-phase flow and an analysis of existing work on the influence of the surface on CHF. The main part of the work describes the built experimental apparatus for CHF research at low pressures of 100 -1500 kPa (1-15 bar) with a vertical internally heated annular test section. The internal annuli consists of an outer glass tube with an inner diameter of 14.8 mm and an inner tube made of Inconel ™ 625 / Optimized ZIRLO ™ with an outer diameter of 9.14 mm and a heated length of 380/365 mm. CHF experiments on technically smooth surface were performed at outlet pressures 120 kPa, 200 kPa and 300 kPa, at an inlet temperature of 64, 78 and 91 °C and at mass flux of 400, 500, 600 and 800 kg / m2s. The Inconel tubes were tested in two different surface modifications - abraded and bead blasted. Experiments were performed at mass flows of 400, 500 and 600 kg / m2s. The total number of 122 experimental runs were conducted and the results were compared with other literature experimental data. The maximum increase of CHF on abraded / bead blasted tube was 18.12% / 16.17%. The surface structure was analysed by laser microscopy. The wetting behaviour of the surface structures was measured by the sessile drop method. The elemental analysis of the surface was evaluated using the EDS method.