Моделирование термических напряжений, разрушающих пористые покрытие теплообменных поверхностей энергоустановок

Исследовано моделирование плохотеплопроводных малопористых капиллярно- пористых покрытий и металлических (медь, нержавеющая сталь) поверхностей (подложка). Тепломассоперенос в капиллярно - пористых покрытиях протекал с избытком жидкости за счет совместного действия капиллярных и массовых сил. Описана динамика паровых пузырей и их термогидравлические характеристики, наблюдаемые оптическими методами исследования. Разработана физическая модель процесса тепломассопереноса в реальной пористой структуре. Для такой модели решена задача термоупругости и определено предельное состояние системы хорошо - и плохотеплопроводных материалов (пористое покрытие на металлической подложке). Определены тепловые потоки, подводимые к поверхности, время их воздействия на создание разрушающих напряжений, размеры отрывающихся частиц и глубины проникновения температурной волны в подложку. Тепловые потоки подсчитывались от времени взрывообразного появления первого зародыша (10-8 с) до времени разрушения материалов (102 - 103 с), т.е. от времени релаксации до времени, описывающего микропроцесс. С увеличением величины q в нагреваемом слое и, следовательно, уменьшением времени нагрева τ, растет роль напряжения сжатия. Несмотря на высокую сопротивляемость сжатию, разрушение от сжимающих термонапряжений происходит в более благоприятных условиях мгновенного и в малых объѐмах. Теория подтверждена экспериментом, полученным в результате наблюдения камерой СКС-1М. Разрушение капиллярно-пористых покрытий происходит в результате потери устойчивости в тонком слое, прилежащим к свободной поверхности. Поэтому рассматривалось напряженное состояние верхнего слоя, толщина которого зависит от коэффициента теплоотдачи, структуры покрытия и подложки (металлической парогенерирующей поверхности).

1. Genbach A.A., Bondartsev D.Yu., Iliev I.K. Heat transfer crisis in the capillary-porous cooling system of elements of heat and power installations .// Thermal Science. 2019. Vol. 23, Pt 2 A, pp. 849-860.

2. Genbach A.A., Bondartsev D.Yu., Iliev I.K. Investigation of a high-forced cooling system for the elements of heat power installations, Journal of machine Engineering, 2018.Vol. 18, №2. pp. 106- 117.

3. Genbach A.A., Bondartsev D.U., Iliev I.K. Modelling of capillary coatings and heat exchange surfaces of elements of thermal power plants. // Bulgarian Chemical Communications, 2018.Vol. 50, Special Issue G. pp. 133 – 139.

4. Jamialahmadi M.. Experimental and Theoretical Studies on Subcooled Flow Boiling of Pure Liquids and Multicomponent Mixtures, Intern. // Heat Mass Transfer. 2008. Vol.51, № 9-10. pp. 2482-2493.

5. Ose Y., Kunugi T. Numerical Study on Subcooled Pool Boiling, Progr. In Nucl. Sci. and Technology 2011.Vol 2, pp. 125-129.

6. Krepper E. CFD Modeling Subcooled Boiling- Concept, Validation and Application to Fuel Assembly Design, Nucl. Eng. and Design2007, Vol 237. N7. pp. 716-731.

7. Овсяник А.В. Моделирование процессов теплообмена в кипящих жидкостях, Гомельский государственный технический университет им. П.О. Сухого, Гомель: Беларусь, 2012.260 с.

8. Alekseik, O.S., Kravets V. Yu. Physical Model of Boiling on Porous Structure in the Limited Space. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2013 64(4), pp. 26-31.

9. Поляев В.М., Майоров В.А., Васильев Л.Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкций летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1998. – 168 с.

10. Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Испарение и конденсация в тепловых трубах. – М.: Наука, 1989. 112 с.

11. Kupetz М., Jeni Heiew E., Hiss F. Модернизация и продление срока эксплуатации паротурбинных электростанций в Восточной Европе и в России.// Теплоэнергетика. 2014. № 6. С.35-43.

12. Гринь Е.А. Возможности механики разрушения применительно к задачам прочности, ресурса и обоснования безопасной эксплуатации тепломеханического энергооборудования // Теплоэнергетика. 2013. №1. С. 25-32.