Seminarium 27 maja

Na najbliższym seminarium gościć będziemy prof. Bartosza Zajączkowskiego z Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej.

Jego wystąpienie będzie zatytułowane: Postępy w badaniach wrzenia pęcherzykowego wody pod obniżonym ciśnieniem na poziomych wiązkach rur: od dynamiki pęcherzy do charakterystyk wymiany ciepła.

Serdecznie zapraszamy

Wrzenie pęcherzykowe wody przy bardzo niskim ciśnieniu pozostaje trudne do przewidywania, ponieważ wzrost pęcherzy, ich koalescencja, akumulacja pary oraz zwilżanie powierzchni cieczą przebiegają w sposób istotnie odmienny niż przy ciśnieniu atmosferycznym. Na seminarium zostaną przedstawione postępy w eksperymentalnych badaniach niskociśnieniowego wrzenia pęcherzykowego na poziomych wiązkach rur. Badania te stanowią kontynuację wcześniejszych prac skoncentrowanych głównie na dynamice pęcherzy i zostały rozszerzone o ilościową charakterystykę wymiany ciepła.

W pierwszym etapie eksperymenty prowadzone przy stałym strumieniu ciepła 75 kW/m² posłużyły do wizualizacji wrzenia na wybranych ogrzewanych rurach w wiązce o układzie przestawnym. Obserwacje potwierdziły oczekiwane powstawanie dużych pęcherzy przy niskich ciśnieniach, wykazały istotną rolę ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy oraz przechłodzenia wynikającego ze zmian ciśnienia, a także ujawniły szereg wyzwań eksperymentalnych związanych z powtarzalnością pomiarów, synchronizacją akwizycji danych, odpowietrzaniem układu, izolacją termiczną oraz procedurami redukcji danych. Wyniki te uzasadniły dalsze badania obejmujące krzywe wrzenia, lokalne współczynniki przejmowania ciepła, różne konfiguracje rur, różne stosunki podziałki do średnicy oraz różne poziomy cieczy, w tym przypadki częściowego lub całkowitego odsłonięcia rur przez parę.

W dalszej części seminarium omówione zostaną wyniki badań wrzenia pęcherzykowego wody na pojedynczych rurach oraz parach rur ustawionych jedna nad drugą, przy ciśnieniach 3–5 kPa i w szerszym zakresie strumienia ciepła 6–53 kW/m². Eksperymenty prowadzono w geometrii przestawnej, przy zmienności ciśnienia podczas pomiaru ograniczonej do 0,15 kPa, z wykorzystaniem szybkiej kamery pracującej z częstością 500 klatek na sekundę. Współczynniki przejmowania ciepła wyznaczano oddzielnie dla każdej rury na podstawie temperatury ścianki mierzonej w czterech punktach pomiarowych. Temperaturę nasycenia korygowano przy tym o wpływ ciśnienia hydrostatycznego słupa cieczy, co przy tak niskich ciśnieniach jest niezbędne.

Przedstawione wyniki dokumentują wyraźny postęp od jakościowej obserwacji pęcherzy do systematycznej interpretacji krzywych wrzenia i efektów oddziaływania między rurami. Zaobserwowano duże struktury parowe, pęcherze o kształcie grzyba, pęcherze związane z kawitacją oraz lokalne poduszki gazowe. W układach tandemowych dolna rura wpływała na warunki termodynamiczne w otoczeniu rury górnej, a przy wyższych strumieniach ciepła rura górna wykazywała mniejszy przegrzew ścianki, co wskazuje na intensyfikację wymiany ciepła wskutek efektu wiązki. Dane eksperymentalne porównano z wybranymi korelacjami wrzenia: Mostinskiego, Coopera, Labuncowa oraz Ribatskiego i Jabardo. Przeprowadzono także wstępną kalibrację dla układu dwururowego.

Ostatnia część seminarium będzie poświęcona planowanym i trwającym badaniom układów czterorurowych. Jest to nie tylko geometryczne rozszerzenie zakresu badań, lecz także konieczny etap w ocenie, czy akumulacja pary prowadzi do trwałego zaniku zwilżania powierzchni wraz ze wzrostem złożoności wiązki. Zjawisko to może ograniczać kontakt cieczy z powierzchnią, wpływać na powtarzalność wyników oraz zniekształcać wyznaczane współczynniki przejmowania ciepła. Trwające eksperymenty na układach czterorurowych koncentrują się na rozkładzie pary, oddziaływaniach między rurami, stosunku podziałki do średnicy, poziomie cieczy oraz przejściu od izolowanej dynamiki pęcherzy do wrzenia w skali całej wiązki.