Potrzeba optymalizacji konstrukcji urządzeń technicznych wytwarzających ciepło oraz konstrukcji nowych miniaturowych urządzeń przenoszących ciepło powoduje, że coraz częściej występuje konieczność analizowania niestacjonarnych, lokalnych (zachodzących na małych obszarach powierzchni grzejnej) procesów wymiany ciepła i masy.
W monografii przedstawiono stosowane obecnie w badaniach nad wrzeniem metody analizy danych pomiarowych. Omówiono elementy analizy statystycznej, fourierowskiej, falkowej oraz fraktalnej. Przedstawiono wyniki zastosowania tych metod do danych pochodzących z pomiarów lokalnych zjawisk wrzenia. Przedstawiono wyniki analiz zmian: temperatury, ciśnienia, prędkości cieczy oraz danych pochodzących ze specjalistycznych czujników. Monografia zawiera wyniki analiz dynamiki pęcherzy parowych oraz gazowych. Skrótowo przedstawiono dotychczasowe sposoby komputerowej symulacji nieliniowych procesów wrzenia oraz wyniki nieliniowych analiz danych pochodzących z symulacji komputerowych wrzenia. Przedstawiono wybrane przykłady zastosowania teorii nieliniowej dynamiki do wyznaczania korelacji opisujących krytyczne parametry wrzenia. Uzyskane korelacje porównano z wynikami badań eksperymentalnych oraz wynikami uzyskanymi z innych modeli.
Książka podzielona jest na 6 rozdziałów. W rozdziale 1 przedstawiono klasyfikację nieliniowych zjawisk występujących we wrzeniu. Rozdział 2 zawiera omówienie wybranych metod identyfikacji nieliniowych procesów we wrzeniu. Przedstawiono elementy analizy statystycznej, fourierowskiej, falkowej oraz fraktalnej. Metody te zastosowano do analiz pomiarów temperatury powierzchni grzejnej we wrzeniu oraz prędkości wody w pobliżu pęcherzy powietrza. Rozdział 3 omawia wybrane zagadnienia dotyczące dynamiki wrzenia: nukleację, wzrost pęcherzy parowych, oddziaływanie miejsc nukleacji, wymianę ciepła we wrzeniu pęcherzykowym, wrzenie przejściowe i zjawiska kryzysów wrzenia oraz wybrane zagadnienia dotyczące wrzenia w przepływie. W rozdziale 4 przedstawiono wyniki badań nad nieliniową dynamiką pęcherzy parowych oraz gazowych. Omówiono wyniki analiz pomiarów wykonanych w laboratoriach Uniwersytetu w Tokio oraz w Politechnice Gdańskiej.. Przedstawiono zastosowanie nieliniowych metod analizy do badania wrzenia w mikrokanałach. Rozdział 5 omawia wybrane metody symulacji zjawisk wrzenia. Przedstawiono w nim zarówno metody modelowania krzywej wrzenia, jak również metody symulacji lokalnych zjawisk wymiany ciepła i masy. Rozdział 6 omawia wybrane przykłady zastosowania teorii nieliniowej
dynamiki. Dodatek zawiera charakterystykę przykładowych programów komputerowych wykorzystywanych w analizach wrzenia.
Zaprezentowane w pracy wyniki analiz wskazują na obecność zjawisk chaosu deterministycznego w procesie wrzenia. Zjawiska te wywołane są nieliniowością wielu procesów wymiany ciepła i masy występujących we wrzeniu. Do takich procesów zaliczono:
? cieplne oddziaływanie pomiędzy pęcherzem pary a powierzchnią grzejną pod miejscem nukleacji,
? zjawisko łączenia się i oddziaływania kolejno odrywających się pęcherzy parowych,
? oddziaływanie poprzez ciecz pomiędzy pęcherzami w sąsiednich miejscach nukleacji,
? oddziaływanie miejsc nukleacji poprzez powierzchnię grzejną,
? łączenie się pęcherzy pochodzących z różnych miejsc nukleacji,
? konwekcję wymuszoną generowaną przez ruch pęcherzy,
? sprężyste oscylacje ścianki pęcherza,
? aktywacja miejsca nukleacji,
? przepływy turbulentne generowane przez pęcherze.
Spis treści:
Wykaz ważniejszych oznaczeń
Wstęp
1. Lokalne, nieliniowe procesy we wrzeniu
2. Metody nieliniowej analizy wrzenia
2.1. Elementy analizy statystycznej
2.2. Analiza częstotliwościowa
2.2.3. Widmo mocy częstotliwościowej
2.2.3. Analiza falkowa
2.3. Wykładnik Hursta
2.4. Rekonstrukcja atraktora
2.5. Wymiar korelacyjny
2.6. Wymiar Dq
2.7. Największy wykładnik Lapunowa
3. Wybrane zagadnienia dynamiki wrzenia
3.1. Dynamika pęcherzy parowych
3.1.1. Nukleacja
3.1.2. Dynamika wzrostu pęcherza pary
3.1.3. Oddziaływanie miejsc nukleacji i pęcherzy pary
3.1.4. Wymiana ciepła w obszarze izolowanych pęcherzyków
3.1.5. Wymiana ciepła w regionie łączenia się pęcherzy pary
3.2. Wrzenie przejściowe i kryzysy wrzenia
3.3. Uwagi o badaniach wrzenia w przepływie
4. Badania nieliniowej dynamiki pęcherzy
4.1. Badania nad dynamiką pęcherzy parowych
4.1.1. Pojedyncze miejsce nulkeacji
4.1.2. Oddziaływanie miejsc nukleacji
4.2. Badania nad dynamiką pęcherzy powietrza
4.2.1. Badania pęcherzy powstających na wylocie z otworu w płaskiej płycie
4.2.2. Badania pęcherzy powstających na wylocie dyszy
4.3. Badania nieliniowej dynamiki wrzenia w mikrokanałach
5. Modelowanie nieliniowych procesów wrzenia
5.1. Model nukleacji Kitrona, Elperina i Tamira
5.2. Model drgań ścianki pęcherza Kuzma-Kichty
5.3. Symulator wrzenia Yanagity
5.4. Symulator wrzenia Shoji, Tajima
5.5. Model nukleacji pod dużym pęcherzem pary Sadasivana, Unala, Nelsont
5.6. Model fluktuacji temperatury powierzchni Ellepoli i Kenninga
5.7. Model fluktuacji temperatury powierzchni grzejnej Mosdorfa i Shoji
5.8. Model termicznego oddziaływania miejsc nukleacji Mosdorfa
5.9. Symulator wrzenia Mosdorfa i Bogusławskiego
5.10. Model deformacji ścianki pęcherza Mosdorfa i Shoji
5.11. Model deformacji pęcherza Cieślińskiego i Mosdorfa
6. ?Nieliniowy" model kryzysów wrzenia
6.1. Współczynnik intensywności zmiany fazy
6.2. Kryzys wrzenia pęcherzykowego
6.3. Kryzys wrzenia błonkowego
Podsumowanie
Bibliografia
Dodatek Charakterystyka programów komputerowych wspomagających analizę nieliniowych zjawisk wrzenia
D1. Programy analizy danych
D2. Programy symulacyjne
