ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы А. Э. Д а клер Характеристика режимов течения горизонтального двухфазного потока. Перевод Н. Д. Гавриловой, М. А. Готовского из "Достижения в области теплообмена " Предлагаемый метод основан на расчете распределения спектральной плотности пульсаций давления на стенке. Данные, использованные при разработке этого метода, были получены для воздухо-водяной смесн на экспериментальном участке с внутренним диаметром 38,1 мм. Запись сигнала датчика давления преобразовывалась в дискретную форму, а затем по заданной программе с помощью цифровой вычислительной машины рассчитывалась спектральная плотность мощности. Особое внимание уделяли выбору шага и времени записи, чтобы получить достаточно хорошие результаты. Полученные данные были проанализированы в широком диапазоне скоростей жидкости и газа, охватывающем все режимы, наблюдаемые при горизонтальном течении двухфазного потока, за исключением пенистого течения. [c.8] ТОЛЬКО одного измерения на стенке трубы с помощью устройства, которое не искажает картину течения. В статье разработана мето дика таких измеренш и установлены числовые критерии для онре-деления режима течения. [c.9] В однофазном потоке границы течения определяются размерами канала. Анализ двухфазного потока осложняется тем, что границы течения определяются не только стенками, но и распределением фаз в пространстве, занимаемом потоком. Кроме того, это распределение п.зменяется в зависимости от скорости потока, свойств жидко-сти, размеров канала, его формы и других факторов. Мнончсство таких распределений и образует совокупность режимов течения. Из литературы известны описания снарядного, пробкового, пенистого, волнового, гребневого, кольцевого, полукольцевого, пузырькового, туманообразного и других течений [2, 24]. [c.9] Разнообразие режимов и тот факт, что положение границ течения не может быть точно определено, затрудняют применение уравнений переноса количества движения и энергии к двухфазному потоку. Чтобы избежать этих трудностей, математические модели для переноса тепла, количества движения и массы в двухфазном потоке обычно основывают на геометрии одного данного режима течения. Успех такого приближения зависит от возможности дать описание и предсказать каждый режим течения. Было сделано много попыток классифицировать режимы течения и установить условия их реализации на основании визуальных наблюдений [1, 3, 9, 10, 14, 15, 19—21, 25]. До сих пор ни один из предложенных методов классификации нельзя считать вполне удовлетворительным. К сожалению, большинство методов основано на визуальных наблюдениях. Недавно были предприняты попытки разработать индикатор для классификации режимов течения [7, 8, 11, 13, 17 —19]. Во всех случаях либо индикатор регистрировал только локальные свойства потока, либо полученную информацию можно было трактовать чисто субъективно. [c.9] В настоящей статье представлен новый, основанный на количественных соотношениях метод определения режима течения. Метод состоит в измерении и анализе спектрального распределения пульсаций давления на стенке. Показано, что эти спектры однозначно определяют режимы течения. Они дают возможность ввести новую, более обоснованную классификацию. В первой статье детально описана техника измерения, представлены результаты экспериментов и предложен метод их классификации. В следующей статье будет обсуждаться использование измерений пульсаций давления на стенке как метод исследования гидродинамики двухфазного потока. [c.9] Многие исследователи сообщали о трудностях, встречающихся при попытке получить надежные результаты измерений падения давления в двухфазном потоке. Даже когда для этой цели использовались дифференциальные манометры с сильным демпфированием, в определенных условиях все же наблюдались сильные колебания. Использование более чувствительной измерительной аппаратуры показало, что пульсации давления на стенке возникают при всех режимах течения двухфазного потока. Кроме того, было обнаружено, что эти пульсации отличаются от пульсаций, вызываемых турбулизацией. [c.10] На фиг. 1 показана серия записей пульсаций давления на стенке при течении воды и воздуха в горизонтальном канале с внутренним диаметром 38,1 мм. Экспериментальная установка подробно описана ниже. Здесь приведены записи мгновенного давления в зависимости от времени для различных условий течения, соответствующих ряду общеизвестных режимов. Измерения были проведены с помощью малоинерционного датчика давления, установленного на стенке канала. Необходимо отметить, что масштаб по вертикали (указанный на графиках) неодинаков. [c.10] Эти записи показывают, что для расслоенного и волнового течений амплитуда и частота колебаний давления очень малы. При приближении к кольцевому режиму амплитуда колебаний и их частота возрастают. В случае пробкового течения амплитуда колебапий больше, чем для расслоенного течения, и очень быстро увеличивается при подходе к снарядному режиму течения. [c.10] НОМ диапазоне частот. Таким образом, сделан первый важный шаг субъективное словесное описание заменяется идентификацией по двум переменным, которые могут быть использованы для количественной характеристики типа течения. [c.12] Характер этих записей выявляет необходимость применения для их анализа методов, разработанных для анализа случахтных и почти периодических сигналов. Подобные методы широко применялись ранее ири изучении связи и геофизических проблем. В следующем разделе рассматривается их применение к анализу пульсаций давления. [c.12] Теория статистического анализа флуктуирующих величин детально рассмотрена Ли [16] и Блэкменом и Таки [4]. Здесь нет возможности дать даже беглый обзор этой теории. Однако определенные ее принципы представлены ниже, где это необходимо для понимания применяемого метода или для разъяснения некоторых технических ограничений. [c.12] Для широкого класса сигналов, которые не являются ни периодическими, ни переходными, производить классическое разложение в ряд Фурье невозможно. Нельзя также использовать представление в виде интеграла Фурье. Часто причины этих флуктуаций не совсем ясны. Такие функции называются случайными функциями или случайными процессами. Анализ этих случайных сигналов основан на том, что их можно рассматрпвать статистически и, следовательно, описывать в соответствии с положениями теории вероятностей. С помощью обобщенного гармонического анализа статистическое описание случайного процесса можно связать с его спектром. [c.12] В этом выражении т — время запаздывания пли смещения, не зависящее от переменной интегрирования. Таким образом, автокорреляционная функция является функцией времени запаздывания. Предполагается, что эта функция существует для всех значений х в дальнейшем она будет считаться характеристикой случайного сигнала. Лцо (т ) — действительная четная функция, имеющая максимум при х = 0. [c.12] Случайный процесс определяется как стационарный, если любое временное смещение оставляет его статистические характеристики неизменными. Для пульсаций давления это условие выполняется. [c.13] Определение Лоо и основано на рассмотрении сигнала бесконечной продолжительности для всех значений функции в бесконечном промежутке. Безусловно, проанализировать можно только сигнал конечной продолжительности, а при использовании численных методов обработки значения сигнала берутся только в дискретные моменты времени. Оба эти фактора вносят погрешность в анализ. Эти источники погрешности кратко рассматриваются ниже детальное рассмотрение можно найти в работе [12 . [c.13] Для того чтобы обеспечить необходимую статистическую надежность, временное смещение не должно превышать 5 —10% всего времени записи. Если обозначить через т акс максимальное временное смещение, то автокорреляционная функция оо (т ) произвольно полагается равной нулю для т j Тщакс- Эта отсечка скажется на вычислении кажущейся автокорреляционной функции. [c.13] Функция D (т) называется окном смещения , так как е можно рассматривать как окно переменной ширины, которое по разному 1Модифицирует величину А о (т) для различных значений временного смещения. [c.14] Вернуться к основной статье