Моделі та процеси теплової енергії
З теплової точки зору мова йде про моделювання теплопередач. Тип використовуваної кореляції залежить, перш за все, від режиму кипіння, пов'язаного із швидкістю порожнечі та, загальніше, з вхідними умовами.
Для режиму насиченого кипіння рідина на вході знаходиться при температурі насичення і швидкість порожнечі не дорівнює нулю. Протікає сильна поздовжня еволюція потоку, причому останній, можливо, є бульбашковим, пробковими кишенями та кільцевим. Але нас цікавить лише кільцевий режим.
Сукупність потоків, що виділяються електронними компонентами, відома в геометрії; всі вони постійні. Це тепло розсіюється завдяки випаровуванню рідини, яка циркулює у випарнику. Завдання полягає у визначенні температури різних компонентів.
В насичений ядерний режим кипіння, передбачається, що рідина в випарнику має температуру насичення Tl = TSAT, а весь тепловий потік служить для випаровування рідини, що охолоджує. Крім того, передбачається, що парові та рідкі фази перебувають у термодинамічній рівновазі, коли в рідині відбувається зміна стану. Тоді ми можемо отримати доступ до еволюції масової частки вздовж випарника:
Таким чином, для кожного просторового кроку zz можна розрахувати масовий вміст x, після чого вивести з нього коефіцієнт теплообміну вздовж трубки. Коефіцієнт теплообміну визначається на основі співвідношень Кандлікара, Гунгера і Вінтертона, Шрока і Гроссмана і Чена; все описано нижче.
Розрахунок коефіцієнта теплообміну h
Позначення та визначення
Вводимо такі величини:
число Фруда: $ Fr = \ frac ^ 2gD> $
коефіцієнт тепловіддачі рідкої фази, визначений на основі кореляції Дітта Ботлера (1930) для турбулентних потоків: $ h_l = 0,023 \ frac ^ Pr ^ $
рідина Рейнольдса на основі масового потоку та швидкості порожнечі: $ Re_l = \ frac $
Кандлікарові кореляції
Кореляція Кандлікара [2] виражає коефіцієнт теплообміну таким чином:
$ h = h_l \ ліворуч [C_1 ^ (25Fr) ^ + C_3 Bo ^ F_k \ право] $
Щоб визначити різні константи рівняння, необхідно цікавитися потоком у рідкій фазі. Для цього ми повинні розрахувати кипляче число Bo, число Фруда Fr та константу C0, визначену таким чином, що $ C_0 = \ left (\ frac \ right) ^ \ sqrt> $.
Значення констант Ci виведені з C0:
| C0 | C0> 0,65 | |
| C1 | 1.1360 | 0,6683 |
| С2 | -0,9 | -0,2 |
| C3 | 667,2 | 1058 |
| C4 | 0,7 | 0,7 |
| C5 | 0,3 | 0,3 |
C5 = 0 для вертикальних і горизонтальних труб, коли Fr> 0,04. Для рідини R245FA Fk = 1,4.
Кореляція Генгера та Вінтертона
Відповідно до моделі ngerенджера та Вінтертона [2] $ h = h_l \ left [1 + 3000Bo ^ + \ left (\ frac \ right) ^ \ left (\ frac \ right) ^ \ right] $
Кореляція Шрока і Гроссмана
Згідно з моделлю Шрока і Гроссмана [2] $ h = 7,39,10 ^ 3 h_l \ ліворуч [Bo + 0,00015 \ ліворуч (\ frac> \ праворуч] ^ \ праворуч] $
Ченська кореляція
Чен [2] запропонував першу кореляцію для вертикального випаровування трубки для широкого діапазону дійсності. Він розглядав коефіцієнт тепловіддачі двофазного потоку h як суму коефіцієнта тепловіддачі, пов'язаного з явищем зародження та явищем конвекції.
У своїй моделі він припустив, що градієнт температури, накладений умовами примусової конвекції, видаляє частину місць зародження, тим самим зменшуючи коефіцієнт тепловіддачі, пов'язаний з цим явищем. Чим більше титр збільшується, тим більше розвивається турбулентність, що сприяє передачі тепла.
Таким чином, коефіцієнт тепловіддачі може бути змодельований таким чином: $ h = Sh_n + Fh_l $ з:
hn коефіцієнт тепловіддачі, пов'язаний з явищем зародження. Для цього використовується кореляція кипіння резервуару Форстера і Цубера (1955):
S коефіцієнт придушення місця зародження: $ S = \ frac (Re_lF (X _) ^) ^> $
F коефіцієнт множення, який представляє збільшення коефіцієнта тепловіддачі порівняно з однофазним потоком: $ F (X _) = 2,35 \ ліворуч [0,213+ \ frac> \ праворуч] ^ $ для $> ^> 0, $ 1, інакше $ F (X _) = $ 1.
Однофазна модель (x = 1)
Коли титр x прагне до одного, потік розглядається як однофазна пара. Потім записується місцевий тепловий баланс: GC_ \ frac = q \ frac $. Tl, що відповідає температурі рідини.
Для нав'язаного потоку: $ T_g (z) -T_ = \ frac> (z-z_e) $ і $ T_p (z) -T_ (z) = \ frac $ .
Коефіцієнт теплообміну визначається: $ h_g = 0,023 \ frac [\ \ left (\ frac \ right) \] ^ Pr ^ $
Розрахунок температур
Тепер, коли еволюція коефіцієнта тепловіддачі відома вздовж випарника, можна визначити температуру стінки та температуру різних компонентів. Спрощена діаграма термостійкості дозволяє зв’язати ці дві температури. Циліндричні трубки прикріплені до плавців. Ці плавники самі контактують з відповідними компонентами. Електронні компоненти імітуються резисторами, які рівномірно розсіюють енергію. Різні опори, що враховуються, такі:
Опір конвекції на рівні обміну рідини/стінки, що визначається моделями коефіцієнтів теплообміну.
Опір провідності між стінкою трубок і ребрами, розрахований за коефіцієнтом h і порядку 2,10 -4 Км 2/Вт.
Контактний опір між основою випарника та імітатором, що дорівнює 2,10 -4 Км 2/Вт.
На малюнку нижче показано схему опору, пов'язану з проблемою. Деякі компоненти проходять по трубах кілька разів (n * 3 труб), в цьому випадку напрямок потоку неоднаковий: сила тяжіння змінює знак.
За електричною аналогією температуру стінки, оребрів та компонентів можна визначити за температурою рідини.
Спосіб полягає в наступному:
$ T_p = T_ + \ frac $ у двофазі; або $ T_p = T_ + \ frac> \ Delta z + \ frac $ однофазно;
де q - поверхневий тепловий потік, що обмінюється на стіні у Вт/м2,
Q - потужність, що розсіюється елементом у W,
l ширина плавника в м,
L довжина компонента в м і
nPASSAGE - кількість проходів у трубці.