क्रिटिकल हीट फ्लक्स

ऊष्मा स्थानांतरण के अध्ययन में, क्रिटिकल [[ गर्मी का प्रवाह ]] (CHF) वह ऊष्मा प्रवाह है जिस पर उबलना एक ठोस सतह से तरल में गर्मी स्थानांतरित करने का एक प्रभावी रूप नहीं रह जाता है।

विवरण

प्रवाह उबलने की व्यवस्था की प्रगति (ऊपर) और गर्मी हस्तांतरण का गुणात्मक विवरण (नीचे)।

उबलने वाली प्रणालियाँ वे होती हैं जिनमें तरल शीतलक गर्म ठोस सतह से ऊर्जा को अवशोषित करता है और चरण (पदार्थ) में परिवर्तन करता है। प्रवाह उबलने वाली प्रणालियों में, वाष्प की गुणवत्ता बढ़ने पर संतृप्त द्रव प्रवाह व्यवस्थाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से आगे बढ़ता है। उन प्रणालियों में जो उबलने का उपयोग करते हैं, गर्मी हस्तांतरण दर तरल पदार्थ के एकल चरण (यानी सभी तरल या सभी वाष्प) की तुलना में काफी अधिक होती है। गर्म सतह से अधिक कुशल ऊष्मा स्थानांतरण वाष्पीकरण की ऊष्मा और संवेदी ऊष्मा के कारण होता है। इसलिए, उबलते ताप हस्तांतरण ने परमाणु ऊर्जा संयंत्र और जीवाश्म ऊर्जा संयंत्रों में स्थूल हीट ट्रांसफर उष्मा का आदान प्रदान करने वाला और हीट पाइप (सामग्री) और माइक्रोचैनल (सूक्ष्मप्रौद्योगिकी) जैसे सूक्ष्म ताप हस्तांतरण उपकरणों में औद्योगिक गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है। इलेक्ट्रानिक्स एकीकृत परिपथ को ठंडा करने के लिए।

गर्मी हटाने के साधन के रूप में उबालने का उपयोग 'क्रिटिकल हीट फ्लक्स (सीएचएफ)' नामक स्थिति द्वारा सीमित है। सीएचएफ के आसपास होने वाली सबसे गंभीर समस्या यह है कि गर्मी हस्तांतरण में महत्वपूर्ण कमी के कारण गर्म सतह का तापमान नाटकीय रूप से बढ़ सकता है। इलेक्ट्रॉनिक्स कूलिंग या अंतरिक्ष में इंस्ट्रूमेंटेशन जैसे औद्योगिक अनुप्रयोगों में, तापमान में अचानक वृद्धि संभवतः डिवाइस की अखंडता से समझौता कर सकती है।

दो चरण गर्मी हस्तांतरण

एक समान रूप से गर्म दीवार और काम कर रहे तरल पदार्थ के बीच संवहन ताप हस्तांतरण को न्यूटन के शीतलन के नियम द्वारा वर्णित किया गया है:

$q=h(T_{w}-T_{f})\,$

कहाँ $q$ ऊष्मा प्रवाह का प्रतिनिधित्व करता है, $h$ आनुपातिकता स्थिरांक का प्रतिनिधित्व करता है जिसे ऊष्मा स्थानांतरण गुणांक कहा जाता है, $T_{w}$ दीवार के तापमान का प्रतिनिधित्व करता है और $T_{f}$ द्रव तापमान का प्रतिनिधित्व करता है. अगर $h$ CHF स्थिति के घटित होने के कारण उल्लेखनीय रूप से घट जाती है, $T_{w}$ निश्चित के लिए वृद्धि होगी $q$ और $T_{f}$ जबकि $q$ निश्चित के लिए कमी होगी $\Delta T$.

सीएचएफ के मोड

सीएचएफ घटना की समझ और सीएचएफ स्थिति की सटीक भविष्यवाणी परमाणु रिएक्टरों, जीवाश्म ईंधन बायलर ों, संलयन रिएक्टरों, इलेक्ट्रॉनिक चिप्स इत्यादि सहित कई गर्मी हस्तांतरण इकाइयों के सुरक्षित और आर्थिक डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है। इसलिए, इस घटना की बड़े पैमाने पर जांच की गई है नुकियामा के बाद से दुनिया ने पहली बार इसकी विशेषता बताई। 1950 में सैमसन अगला ने बर्नआउट संकट के हाइड्रोडायनामिकल सिद्धांत का सुझाव दिया। पिछले दशकों के दौरान जल-ठंडा परमाणु रिएक्टरों के विकास के साथ कई महत्वपूर्ण कार्य किए गए हैं। अब घटना के कई पहलुओं को अच्छी तरह से समझ लिया गया है और सामान्य हितों की स्थितियों के लिए कई विश्वसनीय भविष्यवाणी मॉडल (सार) उपलब्ध हैं।

क्रिटिकल हीट फ्लक्स (सीएचएफ) शब्द का उपयोग लेखकों के बीच असंगत है। संयुक्त राज्य परमाणु नियामक आयोग ने दो-चरण ताप हस्तांतरण में महत्वपूर्ण कमी से जुड़ी घटना को इंगित करने के लिए "क्रिटिकल बॉयलिंग ट्रांज़िशन" (सीबीटी) शब्द का उपयोग करने का सुझाव दिया है। एकल प्रजाति के लिए, तरल चरण में आमतौर पर वाष्प चरण, अर्थात् तापीय चालकता की तुलना में काफी बेहतर गर्मी हस्तांतरण गुण होते हैं। तो सामान्य तौर पर सीबीटी गर्म सतह के साथ स्थानीय स्थिति में कुछ हद तक तरल पदार्थ की कमी का परिणाम है। सीबीटी तक पहुंचने के परिणामस्वरूप दो तंत्र हैं: न्यूक्लियेट उबलने (डीएनबी) से प्रस्थान और तरल फिल्म का सूखना।

<बड़ा>डीएनबी</बड़ा>

न्यूक्लियेट क्वथनांक (डीएनबी) से प्रस्थान उप-ठंडा प्रवाह और बुलबुले प्रवाह शासन में होता है। डीएनबी तब होता है जब गर्म सतह के पास कई बुलबुले एकत्रित हो जाते हैं और स्थानीय तरल की सतह तक पहुंचने की क्षमता बाधित हो जाती है। गर्म सतह और स्थानीय तरल के बीच वाष्प के द्रव्यमान को वाष्प कंबल के रूप में संदर्भित किया जा सकता है।

<बड़ा>सूखना</बड़ा>

मोर्स एट अल से चित्र। (2021)

ड्राईआउट का अर्थ है गर्मी हस्तांतरण सतह पर तरल का गायब होना जिसके परिणामस्वरूप सीबीटी होता है। तरल फिल्म का सूखना कुंडलाकार प्रवाह में होता है।कुंडलाकार प्रवाह की विशेषता वाष्प कोर, दीवार पर तरल फिल्म और कोर के भीतर फंसी तरल बूंदें हैं। तरल-वाष्प इंटरफ़ेस पर कतरनी गर्म सतह के साथ तरल फिल्म के प्रवाह को संचालित करती है। सामान्य तौर पर, तरल-फिल्म की मोटाई कम होने पर दो-चरण एचटीसी बढ़ जाती है। यह प्रक्रिया ड्राईआउट घटनाओं के कई उदाहरणों में घटित होती दिखाई गई है, जो एक सीमित अवधि और एक स्थिति के लिए स्थानीय होती है।सीबीटी तब होता है जब किसी स्थानीय स्थिति के शुष्क होने का समय महत्वपूर्ण हो जाता है।एक एकल शुष्क घटना, या यहां तक ​​कि कई शुष्क घटनाओं के बाद पहले से शुष्क क्षेत्र [1] के संपर्क में तरल फिल्म के बने रहने की अवधि हो सकती है। अनुक्रम में होने वाली कई ड्राईआउट घटनाएं (सैकड़ों या हजारों) गर्मी हस्तांतरण से संबंधित ड्राईआउट सीबीटी में महत्वपूर्ण कमी के लिए तंत्र हैं। <बड़ा>पोस्ट-सीएचएफ</बड़ा>

पोस्ट-सीएचएफ का उपयोग प्रवाह उबलने की प्रक्रिया में सामान्य गर्मी हस्तांतरण में गिरावट को दर्शाने के लिए किया जाता है, और तरल बूंदों के बिखरे हुए स्प्रे, निरंतर तरल कोर, या पिछले दो मामलों के बीच संक्रमण के रूप में हो सकता है। पोस्ट-ड्राईआउट का उपयोग विशेष रूप से उस स्थिति में गर्मी हस्तांतरण में गिरावट को दर्शाने के लिए किया जा सकता है जब तरल केवल बिखरी हुई बूंदों के रूप में होता है, और अन्य मामलों को पोस्ट-डीएनबी शब्द से दर्शाया जाता है।

सहसंबंध

क्रांतिक ताप प्रवाह क्वथनांक वक्र पर एक महत्वपूर्ण बिंदु है और इस बिंदु के निकट क्वथनांक प्रक्रिया को संचालित करना वांछनीय हो सकता है। हालाँकि, कोई भी इस मात्रा से अधिक गर्मी नष्ट करने को लेकर सतर्क हो सकता है। जुबेर, समस्या के हाइड्रोडायनामिक स्थिरता विश्लेषण के माध्यम से इस बिंदु को अनुमानित करने के लिए एक अभिव्यक्ति विकसित की गई है।

${\frac {q}{A_{\text{max}}}}=Ch_{fg}\rho _{v}\left[{\frac {\sigma g\left(\rho _{L}-\rho _{v}\right)}{\rho _{v}^{2}}}\right]^{\frac {1}{4}}(1+\rho _{v}/\rho _{L})$

इकाइयाँ: क्रांतिक प्रवाह: किलोवाट/मीटर²; एच_fg: केजे/किग्रा; σ: एन/एम; ρ: किग्रा/मी³; जी: मैसर्स².

यह सतह सामग्री से स्वतंत्र है और स्थिरांक सी द्वारा वर्णित गर्म सतह ज्यामिति पर कमजोर रूप से निर्भर है। बड़े क्षैतिज सिलेंडरों, गोले और बड़ी परिमित गर्म सतहों के लिए, जुबेर स्थिरांक का मान $C={\frac {\pi }{24}}\approx 0.131$. बड़ी क्षैतिज प्लेटों के लिए, का मान $C\approx 0.149$ अधिक उपयुक्त है.

महत्वपूर्ण ताप प्रवाह दबाव पर अत्यधिक निर्भर करता है। कम दबाव (वायुमंडलीय दबाव सहित) पर, दबाव निर्भरता मुख्य रूप से वाष्प घनत्व में परिवर्तन के माध्यम से होती है जिससे दबाव के साथ महत्वपूर्ण ताप प्रवाह में वृद्धि होती है। हालाँकि, जैसे-जैसे दबाव महत्वपूर्ण दबाव के करीब पहुँचता है, सतह का तनाव और वाष्पीकरण की गर्मी दोनों शून्य में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे वे दबाव निर्भरता के प्रमुख स्रोत बन जाते हैं। 1 बजे पानी के लिए एटीएम, उपरोक्त समीकरण लगभग 1000 किलोवाट/मीटर के महत्वपूर्ण ताप प्रवाह की गणना करता है².

यह भी देखें

• लीडेनफ्रॉस्ट प्रभाव
• न्यूक्लिएट का उबलना

बाहरी संबंध

• Modeling of the boiling crisis
• Film dryout near critical heat flux - video