Вестник МГТУ, 2025, Т. 28, № 3.

Жуков А. В. и др. Возникновение кризиса теплообмена первого рода. Введение Кризис теплообмена первого рода возникает на парогенерирующей трубе выпарного аппарата при скачкообразном переходе от пузырькового кипения к пленочному, когда вдоль теплообменной поверхности образуется паровая пленка, ухудшающая условия теплопередачи1 ( Гогонин, 2009; Дьяконов и др., 2015; Katto, 1986). Данный процесс связан с резким повышением температуры теплопередающей поверхности, что негативно влияет на эксплуатационные свойства выпарных аппаратов, снижает их производительность и увеличивает затраты на техническое обслуживание. Исследование кризиса теплообмена первого рода, в том числе в части определения участков его возникновения на парогенерирующей трубе, имеет большое значение в ходе теоретического осмысления данного физического процесса и выработки конкретных эксплуатационных рекомендаций, касающихся повышения эффективности работы выпарных аппаратов (Голубева, 1998). Проблему ухудшения условий теплопередачи не удалось решить посредством многоточечного измерения температуры поверхности парогенерирующей трубы выпарного аппарата, поскольку явление кризиса теплообмена первого рода сложно прогнозировать (Жуков, 2024). В ходе экспериментальных исследований была поставлена задача определения участков наиболее частого возникновения кризиса теплообмена первого рода. Целью эксперимента являлось подтверждение расположения участков парогенерирующей трубы, испытывающих максимальную тепловую нагрузку и подверженных наибольшему износу вследствие возникновения кризиса теплообмена первого рода, а также установление влияния концентрации солевых растворов на величину критической температуры. Материалы и методы Для решения поставленной задачи на кафедре технологического и холодильного оборудования Мурманского арктического университета разработана и собрана экспериментальная установка на основе одиночной вертикальной парогенерирующей трубы. Для установки выбрана медная труба 22 х 1, имитирующая вертикальную трубчатую теплообменную поверхность выпарного аппарата; отношение длины трубы к ее внутреннему диаметру трубы составило 37,5. Выбор данных параметров парогенерирующей трубы обусловлен предыдущими этапами выполненных экспериментальных исследований ( Жуков и др., 2023; 2024б). Электрообогрев поверхности парогенерирующей трубы был равномерным и обеспечивался нихромовой электрической спиралью мощностью 1,5 кВт. Наружная поверхность медной трубы, во избежание короткого замыкания, покрыта изолятором - стеклотканью. Подаваемое на спираль напряжение регулировалось с помощью автотрансформатора типа АДСН-20-220-75 УХЛ4 ТУ-16-517 847-74 (класс изоляции А, регулируемое напряжение 5-240 В). Растворы хлористого натрия концентрацией по сухому веществу 5-11 % с равномерным шагом 2 % (5, 7, 9, 11 %) были приготовлены из соли, соответствующей ГОСТ Р 51574-20182. Экспериментальные исследования проводились с использованием трех режимов обогрева парогенерирующей трубы, определенных в ходе предыдущих исследовательских этапов и представленных в таблице. При каждом режиме осуществлялось трехкратное повторение экспериментов с соблюдением условий стационарного электрообогрева теплообменной поверхности парогенерирующей трубы. Таблица. Параметры экспериментальных режимов исследования3 (Голубева и др., 2017; 2018; Жуков и др., 2024а) Table. Parameters of experimental modes of research (Golubeva et al., 2017; 2018; Zhukov et al., 2024а) Номер Параметр режима обогрева режима Напряжение, В Сила тока, А Плотность обогрева, Вт/м2 1 150 3,6-4,1 8681,67-9887,46 2 160 4,0-4,4 10289,39-11138,33 3 170 4,2-4,6 11479,10-12572,35 Схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. В ходе проведения эксперимента солевой раствор подавался через вентиль 5, труба 1 нагревалась спиралью 3, амперметром фиксировалась сила тока, вольтметром - напряжение. Температура поверхности парогенерирующей трубы измерялась 1Дьяконов В. Г., Лонщаков О. А. Основы теплопередачи и массообмена. Казань : КНИТУ, 2015. 242 с. 2ГОСТ Р 51574-2018. Соль пищевая. Общие технические условия. Введен 01.09. 2018. М. : Стандартинформ, 2018. URL : https://docs.cntd.ru/document/1200159300 ( дата обращения 01.05. 2025). 3 Голубева О. А., Грекова О. М. Разработка и совершенствование оборудования для исследования кризиса теплообмена первого рода в многокомпонентных гетерогенных смесях // Отчет по ГБ НИР "Разработка и совершенствование технологического и холодильного оборудования пищевых производств" № ГР 01201375267 ; номер государственного учета АААА-Б18-218021660002-2 ; дата постановки на учет 16.02.2018. 440