Структура (режимы течения) двухфазных потоков

СТРУКТУРА (РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ) ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ [c.298]

Структура (режимы течения) двухфазных потоков [c.299]

В зависимости от соотношения объемных долей фаз, скорости смеси, ориентации и геометрии канала, направления течения (опускное, подъемное, горизонтальное), а также свойств жидкости и пара (в первую очередь поверхностного натяжения, плотности, вязкости) в канале устанавливаются различные структуры двухфазного потока. Знание структуры (режима течения) для двухфазных систем сопоставимо по важности с установлением границы ламинарного и турбулентного режимов течения однофазной жидкости. Но, к сожалению, классификация режимов течения двухфазной смеси не опирается ни на столь же убедительные эксперименты, как знаменитый опыт Рейнольдса, ни на внушительные теоретические ре- [c.298]

Изотермические двухкомпонентные потоки. Исследования режимов течения двухфазных сред первоначально проводились в связи с нуждами нефтяной и химической промышленностей при малых давлениях и в изотермических условиях. Было установлено, что для вертикальных труб в основе режимов течения лежат четыре основные структуры (рис. 2.1) пузырьковый поток, в котором газовая фаза диспергирована в виде дискретных пузырей в непрерывной жидкости (см. рис. 2.1, а) снарядный режим течения, где большие порции газа (снаряды) периодически чередуются с жидкими пробками, внутри которых существуют мелкие пузыри (см. рис. 2.1, б) кольцевая структура течения, в которой жидкая фаза движется вдоль стенок канала в виде кольцевой пленки, а в ядре потока находится газ, поверхность пленки может быть покрыта сложной системой волн (см. рис. 2.1, в) капельный поток, в котором основная часть жидкости движется в виде дискретных капель в газовом континууме, а на стенке течет тонкая пленка жидкости, расход которой составляет несколько процентов от общего расхода (см. рис. 2.1, г). [c.38]

Карты режимов для двухфазного потока в обогреваемых каналах. Исследования структуры потока кипящей парожидкостной среды при вынужденном движении в трубах, кольцевых и прямоугольных каналах выявили существенные различия между двухкомпонентными изотермическими течениями и кипящей жидкостью. Как следствие попытки использовать карты Бейкера, Гриффитса и других для пароводяных потоков в обогреваемых трубах не привели к положительным результатам. Насколько известно авторам, до настоящего времени в литературе отсутствует карта режимов течения кипящей жидкости для широкого диапазона давлений и различных жидкостей. [c.46]

Анализ условий формирования кризиса течения двухфазного потока требует прежде всего принятия физической модели определенной структуры. И в этой начальной стадии анализа в настоящее время нет единого мнения. Ряд исследователей в качестве модели принимает раздельную структуру движения двухфазного критического потока. В то же время визуальные наблюдения и высокоскоростная киносъемка в каналах с прозрачными боковыми Степками показывают, что даже в каналах с плавным входом центральное жидкое ядро сохраняет устойчивость лишь на небольшом отрезке, а в цилиндрических каналах с острой входной кромкой уже непосредственно за входным сечением имеется двухфазный поток однофазной гомогенной структуры. Как известно, при наступлении критического режима движения в однофазном потоке одновременно с достижением максимального расхода в критическом сечении устанавливается давление, отличное от противодавления (речь идет о потоках, у которых линии тока параллельны в критическом сечении, а поле скоростей равномерно). Вместе с тем некоторые исследователи [1, 2] отмечают, что максимальный расход двухфазного потока не всегда сопровождается достижением в сечении, принимаемом за критическое, давления, независимого от противодавления (рис. 1). [c.170]

Из качественного описания характерных структур двухфазных потоков ясно, насколько важно правильно идентифицировать эти структуры при расчете гидравлического сопротивления и теплообмена. Представляется очевидным, например, что при расчетах пузырькового и дисперсно-кольцевого режимов невозможно исходить из одинаковой модели. В настоящее время разработано множество методов определения границ режимов двухфазных течений (что само по себе свидетельствует об отсутствии общепринятой методики расчета). Обычно используется двумерная система координат, позволяющая на плоскости изобразить области, относящиеся к различным структурам. Координаты у разных авторов различны. Во многих случаях они размерны, что предопределяет их использование лишь для конкретных сис- [c.303]

Расчетное определение границ областей и особенно режимов течения в обогреваемых каналах представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Рассмотренные в 7.3 границы изменения структуры двухфазных адиабатных потоков не могут непосредственно использоваться для течения в условиях теплообмена. Действительно, установление определенного режима двухфазного течения при фиксированных расходах фаз происходит в общем случае на значительной длине, тогда как в условиях теплообмена соотношение расходов фаз непрерывно изменяется. Рекомендации 7.3 могут рассматриваться лишь как предельные для течений в обогреваемых каналах, т.е. позволяющие идентифицировать структуру двухфазной смеси в случаях, когда соответствующая локальным расходам фаз точка оказывается в глубине той или иной области на карте режимов, вдали от границ перехода от одних режимов к другим. [c.339]

Подробный алгоритм итерационного метода нахождения критического расхода приведен в следующем параграфе. Что касается скорости звука, которая в двухфазной среде может оказаться на 1—2 порядка ниже, чем в жидкости или паре (газе), то она меняется в широких пределах в зависимости от структуры потока и степени термического и механического равновесия фаз при одних и тех же параметрах торможения, принимает значения от минимального, равного термодинамически равновесной скорости звука, до того максимального, которое устанавливается в выходном сечении канала. Если изменение параметров потока внутри трубы происходит таким образом, что на конечном ее участке непрерывно увеличивающаяся скорость потока оказывается в каждом сечении близкой к непрерывно возрастающей к выходному срезу канала локальной скорости звука, то на указанном конечном участке трубы возможна реализация режима течения, близкого к звуковому. [c.124]

С ростом относительных массовых паросодержаний х от малых значений до близких к единице структура двухфазного потока меняется от пузырьковой до дисперсной. Этот последний режим течения мы исключаем из рассмотрения и ограничиваем анализ кольцевым режимом течения. [c.66]

Существует большое число работ по изучению гидравлического сопротивления в двухфазном потоке, однако в настоящее время надежные рекомендации имеются только для изотермических течений. При кипении воды в трубах, в силу того что режимы кипения, структура, а следовательно, и локальные параметры изменяются вдоль трубы, закономерности гидродинамических потерь остаются исследованными недостаточно полно. [c.57]

В настоящее время существует общее мнение, что на условия возникновения кризиса сильное влияние оказывает структура течения потока. В области значительных недогревов и небольших паросодержаний кризис теплоотдачи имеет гидродинамическую природу [3.1, 3.32]. При больших тепловых потоках, характерных для этих режимов течения, переход к пленочному кипению происходит вследствие нарушения устойчивости двухфазного граничного слоя. Встречное движение пара и струек жидкости, проникающих из ядра течения, нарушается, и у стенки возникает сплошная паровая пленка. В последние годы этот вид кризиса называется также кризисом первого рода [3.14]. [c.119]

Возникновение описанной выше структуры двухфазного потока в зоне ухудшенного теплообмена, по-видимому, можно объяснить следующим образом. В дисперсно-кольцевом режиме течения при волновом течении пристенной жидкой пленки с гребней волн происходит интенсивный срыв жидкости и унос ее в паровое ядро потока. Срыва же и уноса жидкости между гребнями волн нет. Поэтому над гребнями волн концентрация влаги выше, чем в других точках потока. После исчезновения волн и пристенной пленки жидкости такая периодическая структура двухфазного потока сохраняется еще некоторое время, несмотря на наличие градиента концентрации влаги вдоль потока. [c.257]

Структура двухфазного потока для большинства режимов течения заметно отличается от гомогенной (см. рис. 10-1), и потому в последнее уравнение вводят поправочный коэффициент г] , учитывающий влия- [c.144]

По структуре течения различают следующие режимы двухфазного потока снарядно-пузырьковый, когда снаряды пара движутся в потоке жидкости дисперсно-кольцевой, при котором происходит расслоение течения пара и жидкости дисперсный — в нем движутся отдельные капли влаги, а стенка остается сухой. [c.57]

Изуч ение теплообмена в двухфазных потоках представляет собой весьма трудную задачу ввиду сложности гидродинамической структуры потока, взаимного, порой определяющего влияния теплообмена и гидродинамики, Случайных отклонений от гидродинамической и термодинамической неравновесности. Режимы течения определяются рядом факторов давлением, общим расходом потока и соотношением между фазами, свойствами фаз, тепловым потоком, предысторией потока и др. По имеющейся классификации основными режимами течения являются пузырьковый, снарядный, расслоенный, эмульсионный дисперсно-кольцевой и обращенный дисперсно-кольцевой (пленочное кипение недогретой жидкости). Четких границ между ними не наблюдается, и существуют целые области переходных режимов. Пока не имеется детальной информации для всех режимов течения по таким основным характеристикам потока, как распределение фаз, скоростей и касательных напряжений. Поэтому основой для понимания явления служат визуальные наблюдения и некоторые экспериментальные данные по распределению фаз, их полям скоростей, уносу и осаждению, гидравлическому сопротивлению и т. д. К настоящему времени накоплена достаточная информация о режимах течения адиабатных потоков, однако мало данных по диабатным (с подводом тепла) потокам при высоких давлениях, тепловых нагрузках и большом различии теплофизических свойств. Подавляющее большинство исследований выполнено на пароводяных и воздуховодяных смесях. [c.120]

Гл. 7 и 8 в наибольшей степени имеют прикладной характер. В гл. 7 вводятся основные количественные характеристики, обычно используемые при одномерном описании двухфазных потоков в каналах расходные и истинные паросодержания, истинные и приведенные скорости фаз, скорость смеси, коэффициент скольжения, плотность смеси. При рассмотрении методов прогнозирования режимов течения (структуры) двухфазной смеси акцент делается на методы, основанные на определенных физических моделях. Расчет трения и истинного объемного паросодержания дается раздельно для потоков квазигомогенной структуры и кольцевых течений. В гл. 8 описаны двухфазные потоки в трубах в условиях теплообмена. Приводится современная методика расчета теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей в условиях свободного и вынужденного движения. Сложная проблема кризиса кипения в каналах излагается прежде всего как качественная характеристика закономерностей возникновения пленочного кипения при различных значениях [c.8]

Наиболее сложные законы тепло- и массообмена наблюдаются при дисперсно-кольцевой структуре двухфазного потока. В этом случае коэффициент теплоотдачи определяется действительной скоростью жидкости, текущей в пленке, и характером волнообразования на ее поверхности. Следовательно, знание параметров пленки является необходимым условием для создания обоснованных методов расчета интенсивности теплообмена в условиях дисперснокольцевого режима течения парожидкостной смеси. Эти знания являются также ключом к пониманию физического механизма возникновения кризисов теплообмена при кипении в трубах и позволяют получить рациональные формулы для расчета плотностей критических тепловых потоков или граничных паросодержаний, превышение которых ведет к резкому ухудшению теплоотдачи. [c.231]

Приведенный выше анализ зависимости критического наро-содержания от критической тепловой нагрузки показывает, что характер кризиса теплообмена в двухфазных потоках определяется его структурой или режимом течения и что изучение закономерностей кризиса кипения в парогенерирующих каналах должно проводиться совместно с исследованием режимов течения [c.78]

Существует много методов измерения распределения концентраций фаз в поперечном сечении потока например, измерение электроемкости газо- или парожидкостной смеси, электрозондирование потока, зондирование потока пробоотборником [9], про-светка потока узким пучком гамма- или рентгеновских лучей [10]. Из перечисленных способов исследования наиболее перспективным является метод просвечивания двухфазной смеси гамма- или рентгеновскими лучами, так как он позволяет получить наиболее полную информацию об основных характеристиках двухфазного потока без нарушения его структуры и режима течения. [c.97]

При кипении жидкости в прямоточном парогенераторе паро-содержание рабочего тела постепенно увеличивается от нуля до единицы (по ходу движения потока). При этом увеличивается также скорость парожидкостной смеси и изменяется структура двухфазного потока, последовательно переходя от пузырькового течения к пробковому, а затем к кольцевому, дисперсно-кольцевому и чисто дисперсному режиму движения потока. [c.262]

Структура двухфазного потока при характерных режимах течения, реализующихся вдоль парогенерирующего канала, показана на рис. 4.4 [801, Режимы течения и их специфические особенности следующие. [c.58]

Рис. 4.4. Структура двухфазного потока при основных режимах течения в парогенерирующих каналах а — пузырьковом б — снарядном в — эмульсионном г — дисперсно-кольцевом д — кольцевом е — дисперсном

Сопоставление опытных данных [80 1 с результатами расчетов гидравлического сопротивления по обеим моделям показало, что модель со скольжением фаз дает хорошие результаты при кольцевом режиме течения, а гомогенная — при дисперсном. Кольцевой режим течения по сравнению с дисперсным занимает гораздо большую область относительных массовых паросодержаний двухфазного потока в прямых трубах. Однако, принимая во внимание указанные недостатки метода Локкарта—Мартинелли и большой объем экспериментального материала по гидравлическому сопротивлению двухфазных пароводяных потоков в прямых трубах, накопленного в нашей стране начиная с 50-х годов и обработанного с применением гомогенной модели, она и была широко использована в различных работах, в частности, в [891. При этом взаимосвязь структуры потока с величиной потерь давления учитывается табулированным в зависимости от х, р и ро) поправочным коэффициентом (отдельно для течения с теплоподводом и без него). [c.61]

Рассматриваются четыре характерные структуры двухфазного потока а) режим течения жидкости и газа турбулентный б) режим течения жидкости ламинарный, а газа турбулентный (ламинарно-турбулентный) в) режим течения н<ид-кости турбулентный, а газа — ламинарный (турбулентно-ламинарный) г) режим течения жидкости и газа ламинарный (ламинарно-ламинарный). Показатели для указанных четырех режимов нриведе-ны в табл. 2.2. [c.64]

При вынужденно.м течении <7кр1 зависят от гораздо большего числа параметров, че.м в большем объеме. Значительное влияние, в частности, оказывает гидродинамическая структура двухфазного потока, так называемые режимы тече-282 [c.282]

Наиболее важным результатом этих исследований явилось установление существования двух совершенно различных режимов потока в зависимости от скорости фильтрации. Оказалось, что если скорость вытеснения меньше 0,35 см/с, то структура двухфазного потока представляет собой сеть соединенных друг с другом каналов (струй) каждой из фаз. Причем увеличение насыщенности модели одной из фаз влечет за собой увеличение ширины струек, по которым течет эта фаза. Вторым типом течения, наблюдавшегося при скоростях вытеснения, больших 0,35 см/с, является течение, при котором несмачивающая фаза перемещается в виде пятен, или, как их называют авторы работы, слизняков ( slug flow ). При этом авторы отмечают увеличение числа пятен с ростом скорости потока в модели. Кроме медленно перемещающихся пятен в потоке постепенно появляются и более мелкие глобулы несмачивающей фазы, имеющие примерно такие же размеры, как единичные поры. Смачивающая фаза остается при таком типе течения непрерывной. [c.32]

В теплоэнергетике, использующей как ядерное, так и обычное углеводородное топливо, одной из важнейших является проблема отвода огромного количества тепла с теплоотдающих поверхностей. Наиболее распространенным и используемым для этих целей теплоносителей являются парожидкостные смеси. Поэтому исследователями большое внимание уделяется течению парожидкостных смесей при наличии фазовых переходов в каналах с обогреваемыми и необогреваемыми стенками. Видимо на эту тему появляется наибольшее число публикаций в области неоднофазных течений. Здесь особый интерес представляют исследования структуры потока при различных режимах, кризисов теплообмена, обусловленных нарушением контакта жидкой фазы с теплоотдающей поверхностью, гидравлического сопротивления и т. д. Проблемы безопасности реакторного узла или устройств аналогичного типа привели к необходимости изучения истечений наро-жидкостных смесей из сосудов высокого давления, распространения возмущений и ударных волн в двухфазных парожидкостных потоках. Здесь же отметим течение влажного пара (смесь пара с каплями воды) в проточных частях турбомашин. [c.10]

В лаборатории турбомашин МЭИ используются различные стенды влажнога водяного пара, ориентированные на изучение 1) условий подобия и моделирования двухфазных течений в различных каналах и в элементах проточной части турбин АЭС 2) механизмов скачковой и вихревой конденсации пара в соплах каналах и решетках турбин при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях 3) влияния периодической нестационарности и турбулентности на процессы образования дискретной фазы, взаимодействия фаз и интегральные характеристики потоков 4) двухфазного пограничного слоя и пленок в безградиентных и градиентных течениях 5) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде, а также критических режимов в различных каналах в стационарных и нестационарных потоках 6) основных свойств и характеристик дозвуковых и сверхзвуковых течений в соплах, диффузорах, трубах, отверстиях и щелях 7) влияния тепло- и массообмена на характеристики потоков в различных каналах 8) течений влажного пара в решетках турбин с подробным изучением структуры потока и газодинамических характеристик 9) структуре потока, потерь энергии и эрозионного процесса в турбинных ступенях, работающих на влажном паре 10) рабочего процесса двухфазных струйных аппаратов (эжекторов i и инжекторов). [c.22]

Трехмерное (или двухмергюе в случае осесимметричного потока) рассмотрение процесса в настоящее время практически возможно лишь для стержневого режима. Причем, для турбулентного течения в жидком стержне и в паровой пленке такой подход возможен лишь приближенно — при использовании различных гипотез о распределении турбулентных параметров по сечению. Какие-либо исследования по структуре двухфазных турбулентных потоков пока неизвестны, [c.270]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...