ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Гидравлическое сопротивление двухфазных потоков квазигомогенной структуры из "Механика двухфазных систем " В настоящей книге выделяется относительно небольшое число структур двухфазных потоков, отличающихся друг от друга существенными признаками. Такая классификация сложилась в отечественной литературе [16, 17, 30, 32, 39] и в главном совпадает с тем, что предлагают зарубежные специалисты [10, 37, 42, 74]. [c.299] При истинных объемных паросодержаниях ф = 0,3—0,7 и относительно низких скоростях смеси наблюдается снарядный режим течения (рис. 7.7, в) характеризующийся тем, что поперечный размер парового объема соизмерим с диаметром канала D = 0,7—Q,9d). Во многих экспериментах наблюдали через прозрачную стенку трубы весьма красивую картину следования паровых снарядов одного за другим (рис. 7.8, а). Головная часть снарядов имеет правильную, почти сферическую форму, что послужило основанием для названия режима и позволяет строить теорию их всплытия в трубе [3]. [c.300] В кормовой части снарядов всегда имеются мелкие пузырьки, хотя их доля в объемном расходе пара (газа) весьма мала. Паровые снаряды, как и пузырьки, имеют конечную скорость скольжения относительно жидкости при подъемном движении ф 1. [c.300] При высоких скоростях смеси наблюдается как слияние, так и дробление пузырьков, в результате возникает достаточно однородная (гомогенная) структура с хорошо перемешанными фазами. На фотографиях весьма сложно бывает различить очертания объемов, занятых жидкой фазой (рис. 7.7, г). Такой режим называют эмульсионным (в зарубежной литературе чаще используется термин вспененный ). Из-за высокой скорости смеси взаимное скольжение фаз относительно невелико, величина ф близка к единице. Область истинных объемных паросодержаний, соответствующих эмульсионному режиму, при различных сочетаниях скоростей смеси и давления может быть весьма широкой (ф = 0,3—0,8). Согласно [16] эмульсионный режим течения является основным для парожидкостных потоков при высоких давлениях, характерных для котельных установок ТЭС и парогенераторов АЭС. [c.300] С поверхности жидкой пленки срываются капли, уносимые потоком пара. Фотографии (см. рис. 7.7) демонстрируют, насколько непросто идентифицировать по ним режим течения двухфазной смеси, что и объясняет известный субъективизм в отнесении конкретного режима к тому или иному классу. На рис. 7.8, б показана схема дисперсно-кольцевого режима, на которой его отличительные признаки яснее, чем на фотографии рис. 7.7, д. [c.301] Таким образом, карты режимов двухфазных потоков следует рассматривать как достаточно грубый инструмент для приближенной оценки. Более перспективными представляются расчетные рекомендации по определению границ режимов течения, построенные на приближенных физических моделях [69—71]. Авторы этих работ отдельно моделируют каждый переход, например, от пузырькового режима к снарядному или эмульсионному, от снарядного к дисперс-но-кольцевому или к эмульсионному и т.д. Естественно поэтому, что границы между различными областями описываются не двумя универсальными параметрами, как на традиционных картах режимов, а большим их числом. [c.304] В зарубежной литературе этот параметр используется очень широко, в том числе и в тех случаях, когда потоки жидкости и газа нельзя рассматривать как раздельные. В [71] параметр Мартинелли Х использован в качестве одного из безразмерных комплексов, используемых при расчете границ режимов течения двухфазных смесей. [c.307] Результаты этих расчетов представлены в виде карты режимов, которая показана на рис. 7.11 с небольшим изменением не показана граница расслоенного и расслоенного волнового режимов как не имеющая серьезного значения для инженерной практики. [c.307] Как уже говорилось, волновой режим может перейти либо в кольцевой, либо в перемежающийся режимы течения. Можно ожидать, что реализация того или иного перехода зависит от истинного объемного паросодержания в предшествующем (волновом) режиме. В [71] принято, что при ф 0,5 устанавливается перемежающийся, а при ф 0,5 — дисперсно-кольцевой режим. Значению ф = = 0,5 отвечает при раздельном течении фаз значение параметра Мар-тинелли Х= 1,6. Таким образом, на рис. 7.11 кривая J — это расчетная зависимость F(X), определяющая границу волнового режима, а кривая 2, отвечающая условию Х= 1,6, показывает, в какой из двух возможных режимов превращается волновой режим течения. [c.308] Таким образом, карта режимов Тейтела и Даклера в отличие от традиционных отражает взаимозависимость не двух, а трех безразмерных комплексов (с учетом границы между расслоенным и волновым режимами — четырех). При этом границы режимов рассчитаны на основе простых физических моделей с привлечением некоторой опытной информации, а не являются прямым обобщением опытных данных. Согласие расчетных карт режимов с результатами экспериментов можно считать вполне удовлетворительным, если принять во внимание сказанное ранее о практической невозможности учесть влияние на режим течения специфики входных условий. [c.309] С точки зрения технических приложений целью расчета двухфазных течений являются гидравлическое сопротивление (канала или контура) и истинное объемное паросодержание ф. При этом структура потока и истинное объемное паросодержание взаимосвязаны, а надежный расчет градиента давления в двухфазном потоке в общем случае невозможен без информации о структуре и истинном объемном паросодержании. Отсюда следует и чрезвычайная важность, и огромная сложность расчетного определения ф. Отражением этого является и весьма развитая техника опытного измерения этого параметра (см., например, [10]). [c.309] Есть принципиальное различие двухфазных потоков с фактически раздельным течением фаз (хотя и интенсивно взаимодействующих) и потоков, в которых фазы перемешаны и можно говорить о некоторой квазигомогенной структуре. [c.310] К первому типу относится волновое расслоенное течение в горизонтальных трубах и дисперсно-кольцевые течения при любой ориентации канала. Ко второму типу можно отнести пузырьковый, снарядный и эмульсионный режимы течения. В 7.4 и 7.5 рассмотрены структуры второго типа. [c.310] 2 говорилось о том, что в отсутствие скольжения фаз w = = w, Ф = 1, Р = ф, т.е. проблема расчета истинного объемного паро-содержания отсутствует. Локальное скольжение фаз возникает в полях массовых сил. В прямых каналах это — гравитационные силы. В горизонтальных потоках проекция массовых сил на направление движения равна нулю, так что локальное скольжение фаз отсутствует. Однако это не означает, что осредненные по сечению канала истинные скорости фаз в этом случае совпадают. [c.310] При т О, п О Сц 1. Если, например, т = 1/2, п = П (последнее равенство отвечает турбулентному профилю скорости при течении однофазной жидкости в круглой трубе), то q = 24/23 = 1,04. [c.312] Соотношения (7.17) и (7.17а) получены для контрольной ячейки. При переносе этих соотношений на канал в целом необходимо учесть, что характерные значения скоростей и объемного паросо-держания в контрольных ячейках, расположенных в центре канала и у стенки, различны. [c.314] Разность локальных скоростей пара и смеси была названа скоростью дрейфа. Смысл термина можно понимать так, что в системе отсчета, движущейся со скоростью смеси, паровая фаза дрейфует , опережая (или, в общем случае, отставая) смесь в целом. Очевидно, что скорость Aw в контрольной ячейке на рис. 7.13 и в (7.17) и локальная скорость дрейфа близкие по смыслу величины (индекс ГС означает газ—смесь). Их отличие состоит в том, что в [79] анализ локального поля скоростей приводится в общей форме, без обращения к физической природе скольжения фаз, а в [18] рассматривается контрольная ячейка конечных размеров с явным обращением к механизму относительного движения жидкости и пара. [c.315] что при обоих подходах сами по себе итоговые соотношения (7.19) и (7.20) не содержат какой-либо эмпирической информации, но величины С и с неизбежностью требуют ее введения. [c.316] В [10] приводятся рекомендации по значениям этих величин для различных режимов течения, включая кольцевой. Это делает подход [79] уж слишком формальным для кольцевого режима течения трудно говорить о локальной скорости жидкости в ядре потока или локальной скорости пара в жидкой пленке. [c.316] Вернуться к основной статье