47
Energy-saving technologies and equipment
1. Introduction
The development of powerful electrical devices requires
complete information about operational stability of the ther-
mal mode control system. Advancement of modern nuclear
power engineering, MGD generators and high-power lasers,
as well as microwave electronics, necessitated the creation
of cooling systems that should operate at heat flow densities
reaching 10
8
W/m
2
. One of the most effective ways to cool a
heating surface is to divert heat under a bubble boiling mode
of the subcooled liquid [1, 2]. Application of such a technique
makes it possible to obtain high energy flow densities, and at
low temperature heads [3]. However, heat exchange under
such conditions is often accompanied by stable high-fre-
quency pressure pulsations in the channel, which are self-os-
cillatory in character. It could be considered an established
fact that the occurrence of thermoacoustic vibrations could
lead to the formation of a standing wave in the channel, one
of the conditions for whose formation is the wave reflection
boundaries. Therefore, the boiling of an subcooled liquid at
the forced convection in pipes and channels has been given
much attention, which is associated with a possibility of the
emergence of a high level of acoustic pressure.
2. Literature review and problem statement
Paper [4] studied the boiling of an subcooled liquid flow
by visualization. It was shown that at high underheating
of the liquid to a saturation temperature the steam bubbles
Received date 19.09.2019
Accepted date 10.12.2019
Published date 23.12.2019
Copyright © 2019, I. Boshkova, O. Titlov, N. Volgusheva, C. Georgiesh, Т. Sahala
This is an open access article under the CC BY license
(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
PROCEDURE FOR
CALCULATING THE
THERMOACOUSTIC
PRESSURE FLUCTUATIONS AT
BOILING SUBCOOLED LIQUID
I. Boshkova
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor*
E-mail: boshkova.irina@gmail.com
O. Titlov
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head Department
Department of Heat-and-Power Engineering and
Fuel Pipline Transport
Odessa National Academy of Food Technologies
Kanatna str., 112, Odessa, Ukraine, 65039
Е-mail: titlov1959@gmail.com
N. Volgusheva
PhD, Associate Professor*
E-mail: natvolgusheva@gmail.com
C. Georgiesh
PhD, Senior Lecturer*
E-mail: georgiesh.kat@gmail.com
Т. Sahala
PhD, Associate Professor*
E-mail: sagala.onaft@gmail.com
*Department of Heat-and-Power Engineering and
Fuel Pipline Transport
V. S. Martynovsky Institute of Refrigeration, Cryotechnologies
and Ecoenergetics
Odessa National Academy of Food Technologies
Dvorianska str., 1/3, Odessa, Ukraine, 65082
Проведено дослiдження термоакустичних
явищ в парогенеруючих каналах системи охо-
лодження теплонавантажених пристроїв. До-
слiджуванi режими охолодження характеризу-
ються поверхневим кипiнням теплоносiя, яке
виникає внаслiдок високих теплових потокiв на
поверхнi охолодження, i великими недогрiвами до
температури насичення ядра потоку. В таких
умовах можливе виникнення в каналах охолод-
ження високочастотних пульсацiй акустичного
тиску. Встановлено, що виникнення термоаку-
стичних коливань здатне привести до утворення
стоячої хвилi в каналi, однiєю з умов формуван-
ня якої є наявнiсть границi вiдображення хвиль.
Представлено математичну модель, що описує
генерацiю термоакустичних коливань в каналi
охолодження. Вважається, що коливання з висо-
кою амплiтудою виникають внаслiдок резонан-
су, що спостерiгається при збiгу частоти виму-
шених коливань парових бульбашок з власною
частотою коливань парорiдинного стовпа або їх
гармонiками. Для розрахунку амплiтуди коли-
вань тиску в каналi отримана залежнiсть, яка
враховує в’язкiсну дисипацiю енергiї i втрати
енергiї на кiнцях каналу. Показано, що при набли-
женнi до резонансу внесок об'ємної в'язкостi в
коефiцiєнт в’язкiстного поглинання зростає.
Встановлено, що для дослiджуваних умов втра-
тами енергiї на стiнках каналу i втратами в при-
граничному шарi можна знехтувати. Проведено
розрахунки амплiтуди термоакустичних коли-
вань тиску для умов, що вiдповiдають реальним
процесам в каналах охолодження з поверхневим
кипiнням. Представлена методика пропонуєть-
ся до використання при проектуваннi систем
рiдинного охолодження теплонавантажених
приладiв, для яких режими охолодження припу-
скають iстотний недогрiв теплоносiя до темпе-
ратури насичення i поверхневе кипiння
Ключовi слова: канал охолодження, поверх-
неве кипiння, термоакустичне коливання тиску,
резонанс, дисипацiя, в'язкiсть рiдини
UDC 62-713.82/621.385
DOI: 10.15587/1729-4061.2019.187177