В настоящее время стало возможным исследование процессов тепломассообмена с использованием современных вычислительных комплексов и программ. Кроме того можно вести натурные эксперименты, используя современную точную аппаратуру (тепловизионные камеры). Подобие и возможность переноса результатов с модели на натуру является одним из основных вопросов, возникающих при проведении экспериментальных исследований на уменьшенных моделях с водой. Поэтому экспериментальные исследования на стендах с водой дают возможность проанализировать только основные черты теплогидравлических процессов, протекающих в реакторе
Установка для изучения смешения неизотермических потоков представляет собой кювету. Материал двух стенок (передняя и боковая) - прозрачное оргстекло толщиной 12 мм. Другие стенки (боковая и передняя) сделаны из стали (Сталь 3), покрытой черной матовой краской. Это необходимо для исключения влияния отражения от поверхности. Параметры и габаритные размеры показаны на рисунке.
В настоящей работе изучалось температурное поле модели с подводом струи снизу в объем.
Рис.1 Габаритные размеры кюветы для моделирования процесса смешения
Исходные параметры
Кювета для визуализации содержит бидистиллированную воду с t1=49 0C ± 0,1 0С
Бидистиллированная вода необходима для исключения влияния примесей.
Бак с более холодной жидкостью, содержащий бидистиллированную воду с t2= 3 0C ± 0,1 0С
Кювета заполнена изначально на высоту h= 210 мм.
Шланг заполнен. Вода поступает самотеком с высоты H=1 м
Диаметр проходного сечения шланга подвода d= 10 мм
При подаче сигнала пуск задвижка открывается, и поток холодной воды поступает в кювету. В это время производится съемка тепловизионной камерой, расположенной на расстоянииs= 0,3 м (делается соответствующая поправка на приборе).
Производится съемка с интервалом 0.5 сек.
Процесс пуска установки повторить 2 раза (в 2 проекциях).
Получить итого 2 запуска (по 2 проекции ), 4 пуска смешения потока. При этом термометрами контролировать температуры бака холодной воды и кюветы. Каждый раз производится слив кюветы и заполнение снова на ту же высоту горячей водой.
Данные занести в протокол испытания.
Полученные термографические изображения отгружаются на персональный компьютер для дальнейшей обработки.
Осушить установку.
Протокол измерений
№ опыта |
Проекция |
Температура воды в кювете, 0С |
Температура воды в баке, 0С |
1 |
Сбоку |
48,5 |
2,2 |
2 |
47,8 |
2,5 |
|
3 |
Фронт |
49 |
3,5 |
4 |
49,6 |
3,8 |
При измерении получены термограммы температурных полей на поверхности кюветы. Этими данными (в первом приближении) можно в дальнейшем оперировать в качестве граничных условий и для сравнения с компьютерным моделированием смешения неизотернических потоков в других моделях. В результате проделанной работы был накоплен большой объем экспериментальных данных.
При обработке термограмм исследовались максимальная, минимальная, средняя температуры по области смешения потоков, а также на линии, проходящей через центр ядра потока. Также были определены границы смешения (координаты вдоль осей х и у потока). Получены соответствующие графики в зависимости от времени смешения. Из графиков видно, что зависимость температур от времени смешения подчиняется экспоненциальному закону, а вот изменение области смешения имеет максимумы, что, скорее всего, связано с неустойчивостью потока. Поэтому задачей на будущее будет являться снижение этой неустойчивости.
Рис.2 График зависимости температуры области смешения от времени
Рис.3 График зависимости длины области смешения и ширины области смешения от времени