Процесс конденсации в соплах

ПРОЦЕСС КОНДЕНСАЦИИ В СОПЛАХ [c.119]

Пример расчета. Рассмотрим процесс конденсации в сопле с очень большим градиентом энтальпии на выходном его участке. Здесь ограничимся одномерным течением. На рис. 40 дано изменение живых сечений на выходном участке условного сопла (выходной участок соответствует расширению в косом срезе). Начало процесса расширения в сопле — на линии насыщения при давлении р1 = 0,7 бар. [c.124]

Это позволяло направить пар в сопло непосредственно с рабочих лопаток и практически исключить влияние выхлопного патрубка турбины. Пар из сопла направлялся после расширения в конденсатор. Для возможности сопоставления результатов, полученных в ступени и в статических условиях, были исследованы процессы конденсации в сопле без ступени. [c.323]

Наименее изучены процессы конденсации в условиях взаимодействия решеток и при высокой турбулентности. Сложность физического процесса и трудности экспериментального исследования не позволили выяснить все необходимые его особенности. Влияние возмущений, распространяющихся от вращающейся решетки против потока, изучалось в МЭИ на упрощенной модели (одиночное сопло и вращающаяся решетка стержней за ним). Опыты показали, что при дозвуковых скоростях периодическое прохождение стержней приводит к образованию нестационарных ударных волн, перемещающихся против потока к соплу. Естественно, что ударные волны перемежаются с волнами разрежения, глубоко проникающими в межлопаточные каналы и вызывающими конденсацию. [c.80]

За узким сечением, где темп изменения живого сечения невелик, от подвода теплоты в скачке при дозвуковой скорости поток должен разгоняться, а при сверхзвуковой скорости — тормозиться. Таким образом, в зоне интенсивной конденсации на очень коротком участке, где скорость еще сверхзвуковая, под влиянием подведенной теплоты поток тормозится, пока р <С рк, и ускоряется, как только становится р > р . Если недалеко за горлом сопла темп роста живого сечения [ lf)df/dl] невелик, то следующие друг за другом замедление и ускорение потока из-за подвода теплоты могут оказаться настолько значительными, что в зоне конденсации, в том месте, где давление становится выше критической величины (меняется знак ускорения), в потоке происходит резкое понижение давления и столь же резкое повышение интенсивности конденсации, вызывающее эффект, аналогичный скачку уплотнения. Этот скачок на какое-то мгновение уравновешивает силы инерции. При этом за скачком прекращаются процесс конденсации и подвод теплоты, разгоняющей дозвуковой поток. В результате в расширяющейся части сопла дозвуковой поток замедляется, зона же процесса конденсации отодвигается в расширяющуюся часть сопла. В сверхзвуковой же зоне в момент провала давления появляется ударная волна разрежения, которая смещает начало процесса конденсации в сторону горла сопла. После появления скачка в месте бурного роста капель, процесс конденсации на этом участке резко тормозится и зона интенсивной конденсации смещается вниз по потоку. [c.228]

В монографии дано систематизированное изложение теоретических, расчетных и экспериментальных исследований неравновесных течений с фазовыми превращениями. Рассмотрены оригинальные работы авторов по расчетно-теоретическому исследованию гомогенной и гетерогенной конденсации (стационарной и нестационарной) для течений в соплах и струях. Предложена единая система определяющих параметров, описывающих процесс конденсации в различных термодинамических системах. Детально изложены современные численные методы решения уравнений и обобщены результаты параметрических расчетов. [c.222]

РИС. 33. Схема процесса конденсации в сверхзвуковом сопле [c.99]

Теоретический цикл пароэжекторной холодильной установки на Г—5-диаграмме изображается следующим образом (рис. 9.4,6). Линия 1—2 соответствует испарению хладоагента в испарителе, линия 3—4 — процессу адиабатного расширения рабочего пара в сопле эжектора. Параметры паровой смеси после смешения рабочего пара (точка 4) н пара холодильного агента (точка 2) определяются точкой 5, а линия 5—6 соответствует повышению давления смеси паров в диффузоре. Отвод теплоты и конденсация паровой смеси в конденсаторе изображены линией 6—7. Линия 7—1 соответствует дросселированию холодильного агента в редукционном вентиле. Для части конденсата хладоагента, поступившего в парогенератор, линии 7- 8 и 8—3 соответствуют нагреву жидкости до температуры кипения и превращения ее в пар. [c.226]

Тот факт, что у короткого сопла (lld = 2) влияние влажности на екр=/(Уо) сказывается меньше, чем у длинного lld=7 , объясняется тем, что в коротком сопле с меньшей полнотой завершается процесс конденсации к выходному сечению, а это приводит к менее интенсивному росту k = f yo). [c.81]

Продолжительность протекания элемента потока через сопло составляет обычно величину порядка 10 сек. Сопоставление с этим отрезком времени результатов расчетов перечисленных здесь исследователей позволяет считать, что даже при сравнительно больших продольных градиентах давления равновесная (по отношению к окружающему пару) температура капли устанавливается почти мгновенно. Поэтому принимается, что в каждом поперечном сечении сопла процесс конденсации и рост капель происходят примерно так же, как и в среде с постоянными параметрами пара, равными их значению в данном сечении канала. [c.138]

Наиболее простым процессом, который может быть рассмотрен для кипящей системы, является процесс образования и роста пузырей на поверхности нагрева при небольшом перегреве жидкости. Эта задача применительно к термодинамически неравновесному пузырьковому режиму может быть описана по методу, предложенному для неравновесных потоков [24]. В работе [24] в неподвижной системе координат была рассмотрена задача конденсации в сверхзвуковом сопле. Аналогичное решение приведено в работе [25], где задача пульсаций была сформулирована в координатах, движущихся с частицей. В связи с изложенным воспользуемся методом работы [24[. [c.65]

В последнее время для определения объемного паросодержания и скольжения была разработана методика расчета этих параметров через полное давление торможения, измеренное при помощи зонда, который был установлен в выходном сечении трубы с диафрагмой [73]. Примерно аналогичный зондовый метод был применен и для определения перегрева жидкой фазы Б конусной части сопла Лаваля. Между тем, как установлено теоретически и экспериментально [18], при взаимодействии зонда со сверхзвуковой пароводяной смесью происходит образование перед ним косого скачка уплотнения, в котором могут протекать и процессы конденсации, и процессы испарения капель. Неучет этого может привести к значительным погрепшостям в определении параметров смеси. По этой же причине этот метод также не может быть использован для определения параметров точно в критическом сечении. [c.168]

Область допустимых значений оптимизируемых переменных формируется системой неравенств (10.25)—(10.33). Для конденсации пара жидкость, подаваемую в пассивное сопло конденсирующего инжектора, необходимо предварительно охладить в холодильнике-излучателе ниже температуры конденсации в прямом цикле ПТП Ts. Это условие отражается ограничением (10.30). Выполнение условия (10.31) соответствует завершению процесса дросселирования толуола в парожидкостной области диаграммы состояний, т. е. генерации холода парокомпрессионной холодильной машиной. Удовлетворение неравенств (10.32) и (10.33) обеспечивает работоспособность холодильников-излучателей соответственно паротурбинного преобразователя и парокомпрессионной холодильной машины при лучистом теплообмене с Землей и другими планетами. Минимальное значение температуры Тюъ неравенстве (10.27) должно превышать температуру плавления ДФС, а также наряду с минимальным значением температуры Тн в (10.28) превосходить величину ( 7пs/фp)° Физический смысл остальных неравенств раскрыт в п. 9.. [c.203]

Пример расчета скорости образования и роста капель. Рассмотрим процесс конденсации и образования капель за выходным сечением направляющего аппарата (рис. 37, а). Примем следующую условную схему (рис. 37, б) пар расширяется с полным переохлаждением от состояния насыщения перед соплом при давлении ро ДО некоторого давления Pi в выходном сечении, после чего движется по трубе. Ее сечение по мере конденсации меняется так,что давление сохраняется постоянным вдоль оси X. Последнее условие приблизительно соблюдается в зазоре между направляющими и рабочими лопатками. Потерями на трение пренебрегаем. Расчеты процесса конденсации выполним методом численного интегрирования, начиная с выходного сечения сопла, в котором поместим начало координат (сечение О —О ). [c.118]

В отличие от рассмотренного процесса конденсации при постоянном давлении, в соплах он протекает при быстро меняющихся параметрах. В таких условиях возникают сложные физические явления, вносящие качественное изменение в процесс конденсации. Ниже рассмотрены важнейшие особенности такого процесса. [c.119]

В турбинах с относительно малым числом ступеней скорости пара велики. При большом числе спонтанная конденсация происходит уже в первом сопле. Если при этом градиент энтальпии велик,то достигается большое переохлаждение и возникает большое число ядер, что способствует образованию мелких капель в конце процесса расширения в турбине. [c.131]

В опытах МЭИ с рабочим колесом перед соплом с переходом во влажную область скачка конденсации по существу не получалось (рис. 43, б). Интенсивность процесса конденсации сильно падала. Максимум давления с увеличением влажности перемещался вверх по потоку. Объяснить это явление на базе теории скачков конденсации невозможно. С точки зрения кинетики конденсации оно закономерно. При выпадении некоторого количества влаги в рабочем колесе и на протяжении начального участка сопла переохлаждение уменьшается и процесс затягивается. Это наглядно было показано на рис. 42. [c.138]

Если паровая среда, претерпевая расширение в сопле, пересекает по процессу на / — -диаграмме линию насыщения и сам процесс, таким образом, переходит в двухфазную область, то нормально конденсация должна бы начаться в момент перехода через линию насыщения. Но так как переход от одного состояния к другому происходит в сопле очень быстро (около 0,00002 сек), то начало конденсации в действительности не происходит до тех пор, пока не будут достигнуты более низкие давление и температура пара. В этом случае конденсация наступает мгновенно с образованием многочисленных мельчайших капель. Состояние перенасыщения определяется временем от момента, когда пар пересечет линию насыщения, до момента, когда действительно начнется конденсация. В этом состоянии и при этих условиях пар имеет более низкую температуру, чем та температура, которая соответствовала бы равновесным условиям. Этот процесс является процессом переохлаждения. По истечении времени замедленного расширения, когда начинается конденсация, молекулы имеют недостаточную [c.34]

Однако в сопле, где процесс расширения происходит чрезвычайно быстро, температура пара понижается быстрее, чем образуются молекулярные группы. Отсюда происходит внезапная конденсация при более значительном понижении температуры. На тепловой диаграмме можно определить геометрическое место точек, где внезапно происходит конденсация. Она начинается тогда, когда рабочей средой при расширении достигнута линия конденсации, несмотря на начальные температуру и давление. Линия конденсации проходит на тепловой диаграмме между линиями влажности, равными 4 и 5%. [c.35]

Элементарные расчеты показывают, что для водяного пара невысоких параметров величина всегда положительна. Тем самым в устройствах, служащих для преобразования тепловой энергии влажного пара в механическую работу, процессы равновесной конденсации энергетически выгоднее неравновесных процессов, сопровождающихся переохлаждением паровой фазы. Этот вывод в равной мере относится и к расширению кипящей воды в соплах. [c.126]

Ниже рассмотрены некоторые результаты экспериментального и теоретического исследований скачковой конденсации в свободных струях и соплах Лаваля. Обнаруженная общность физических процессов в скачках конденсации, возникающих в различных условиях, дает основание для обобщений. [c.136]

Это объясняется тем, что все турбинные ступени ЦВД работают в областях дозвуковых скоростей, начальной влажности и развитой турбулентности, а ступени ЦНД, работаюш,ие во влажном паре, наряду с повышенной турбулентностью имеют развитое пространственное течение и значительное изменение параметров по высоте, что существенно снижает процессы спонтанного образования влаги. В отдельных случаях на рабочих лопатках активного типа может происходить спонтанная конденсация пара не во всем потоке, а лишь в зоне спинки и косого среза, даже в случае, если процесс расширения пара на выходе не пересекает зону Вильсона. Размер частиц при этом может достигать Гд = (1—3)-10" м, т. е. выше, чем для условий спонтанноTi конденсации в соплах Гд 0,3-10 м. [c.268]

Поэтому если известны геометрия сопла, распределение статического давления переохлажденного пара p T = f(z), скорость переохлажденного потока и место пересечения процессом расширения линии насыщения, то можно подсчитать время пребывания частичек пара в сопле за линией насыщения T = /(z) и величину переохлаждения потока Д7 = /(г) (см. рис. 2-1). Из рис. 2-2 по известному времени t определяется величина 1/т=/(ДТм). Это дает возможность определить место пересечения кривых AT=f z) и Д7 =/(т) и соответственно зону спонтанной конденсации в сопле (место во никно-вения скачка конденсации). [c.23]

Выпишем некоторые соотношения, которые необходимы для понимания физических особенностей процесса неравновесной конденсации в сопле. Согласно распределению Гиббса, количество комплексов, содержаш,их g молекул, например, спонтанно образованных ядер конденсации, при равновесном состоянии спсхемьт равно [c.315]

TO dpidx > 0 следовательно, тепловыделение, сопровождающее процесс конденсации, вызовет повышение давления в потоке. При ином знаке неравенства, отвечающем более интенсивному раскрытию сопла, давление в потоке будет падать, так как dpIdx < 0. [c.151]

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]

Изложенные соображения позволяют предположить, что возникновение жидкой фазы порождает некоторый особый механизм конденсационной турбулентности. Термин конденсационная тур- булентность является условным и призван подчеркнуть особый физический механизм рассматриваемого явления возрастания амплитуд пульсаций в конденсационном процессе. При этом необходимо иметь в виду, что здесь не рассматривается периодическая конденсационная нестационарность, возникающая в соплах Лаваля при небольших сверхзвуковых скоростях и обусловленная перемещениями скачков конденсации 67, 124]. Следует отметить, что зона максимума гидродинамической турбулентности не может совпадать с зоной зарождения конденсационной турбулентности, расположенной в более холодных участках пограничного слоя, смещенных в направлении его внешней границы. Малая вероятность появления жидкой фазы в зоне максимальных турбулентных пульсаций скоростей в пограничном слое объясняется тем, что эта зона расположена вблизи стенки, где температура паровой фазы близка к температуре торможения. Не подлежит сомнению существование тесной связи и взаимодействия конденсационной и гидродинамической турбулентности (см. 6.1). [c.82]

В этом аспекте представляют особый интерес характеристики ступеней при переходе зоны насыщения. Небольшое число опытных данных [155] подтверждает, что такой переход сопровождается снижением КПД в области малых перегревов Hso= = 0,971- 1,0), а затем его возрастанием при 0сопловой решетки, установленной за предвключенной ступенью и в одиночном суживающемся сопле (см. рис. 3.12 и 6.12). Следовательно, эксперименты с турбинной степенью подтверждают гипотезу, объясняющую-такое поведение КПД решеток и ступеней при переходе зоны Вильсона. Полученные результаты можно рассматривать как косвенное подтверждение возможности возникновения кризисных явлений в таких ступенях разрушения лопаток и дисков, вызываемые присутствием агрессивных примесей в паре, температурной усталостью, флуктуационностью процесса конденсации и изменениями пульсационного режима. [c.162]

Как показано выше, коэффициент поверхностного натяжения воды с добавками ОДА значительно снижается, что приводит к интенсификации процесса дробления капель. Опыты, проведенные на суживающемся сопле (рис. 9.4, а), подтвердили значительное уменьшение среднемассового диаметра капель (более чем в 3 раза) при введении ОДА. При концентрации ОДА 8-10- кг/кг уменьшение диаметров капель было обнаружено и на входе в сопло, что объясняется интенсивной адсорбцией ОДА жидкой фазой перед соплом и соответственно дроблением капель. Аналогичный результат получен при исследовании дисперсных характеристик вихревого следа за пластиной (рис. 9.4,6). При концентрации ОДА 10 кг/кг диаметры капель уменьшаются в 3—4 раза. Потери кинетической энергии в поперечном сечении вихревого следа, по данным [28], при введении ОДА снижаются. Особый интерес представляет изучение явления снижения гидродинамического сопротивления в турбулентных потоках при введении полимерных добавок, впервые обнаруженного Томсом [189]. Хорошо известны гипотезы, предложенные для объяснения ламинаризирую-щего воздействия полимерных веществ [97, 158 и др.], использующие модель взаимодействия с основной средой крупных полимерных молекул (или их ассоциаций), имеющих линейные размеры в несколько десятков и сотен ангстрем (существенно превосходящие размеры молекулярных ассоциаций основной среды). Дополнительная вязкая диссипация, вызванная обтеканием макромоле-кулярных клубков периодически нестационарным (пульсацион-ным) потоком, и значительная инерционность этих клубков приводят к частичному вырождению мелкомасштабных турбулентных пульсаций. По-видимому, справедлива качественная аналогия между эффектами, фиксируемыми при введении гидрофобных присадок в потоки жидкости и мельчайших капель, возникающих при. конденсации парового потока. Как уже упоминалось (см. гл. 3,6), мелкие капли снижают интенсивность турбулентности несущей [c.301]

В своих опытах с потоком водяного пара через сопло Иэллотт и Холланд показали, что в некоторой точке процесса расширения в не-запно образуется туман, который при надлежащем освещении можно рассмотреть в виде голубой дымки. Вероятно, перед началом конденсации в паре присутствуют частицы жидкости достаточна большие, чтобы обеспечить рост в среде перенасыщенного пара в точке конденсации. Уравнение Кельвина—Гельмгольца позволяет подсчитать в зависимости от поверхностного натяжения жидкости размер капель, которые могут расти. Например, Иэллотт и Холланд нашли степень перенасыщения, равную 5,6, когда температура пара равна 65° С непосредственно перед точкой конденсации. Если мы выберем для поверхностного натяжения величину, соответствующую горизонтальной поверхности (р —р"=0) при 65° С, мы получим для радиуса капли, начинающей расти, [c.247]

В паровом сопле Лаваля 1 (рис. 7.2) происходит превращение энтальпии рабочего тела в кинетическую энергию потока пара, с которой он поступает в камеру смешения 3. Через су-живаюш,ееся жидкостное сопло 2 в камеру смешения подается холодная жидкость. В камере смешения происходит обмен импульсом между паром и жидкостью и конденсация пара на жидкости. Коэффициенты теплоотдачи при конденсации смешением на порядок и более превышают коэффициенты теплоотдачи в случае поверхностной конденсации. По длине камеры смешения паросодержание падает. На коротких длинах структура потока меняется от капельного до пузырькового или пенного, где скорость звука резко уменьшается. Поток при умеренных скоростях становится сверхзвуковым и процесс конденсации заканчивается в диффузоре 5. При наличии нагрузки-сопротивления на выходе из инжектора конденсация завершается в совмещенном скачке уплотнения —конденсации, в котором двухфазный поток быстро переходит в однофазное течение жидкости. [c.124]

В холодильном контуре реализуются следующие процессы расширение в дроссельном вентиле (изоэнтальпийный процесс 8—9) испарение в рефрижераторе (изобарный процесс 9—10) расширение в пассивном сопле эжектора (адиабатный процесс 10—11) нагрев в камере смешения эжектора (процесс 11—12, близкий к изобарному) сжатие в диффузоре эжектора (адиабатный процесс 12—13), охлаждение перегретого пара и его конденсация в холодильнике (изобарный процесс 13—15—8). [c.192]

Опыты. Рядом опытов в БИТМ [35] было показано, что бурное ядрообразование возможно при поступлении в сопло пара, уже содержащего капли. Частичное снятие переохлаждения этими каплями зависит от их количества и размеров, что ясно из расчетов процессов конденсации. Таким образом, скачки конденсации возможны во влажном паре. [c.138]

Поток влажного пара в соплах имеет потери, не отраженные коэффициентом скорости, полученным по фиг. 13 для перегретого пара. По мере изменения состояния пара в связи с динамикой процесса в турбине начальное состояние перегретого пара может перейти в среду влажного пара. При начальной конденсации появляющиеся капельки влаги имеют ту же скорость, что и пар, но при дальнейшем падении давления их скорость отстает от скорости пара. Присутствие влажных капель понижает скорость пара, так как капли получают ускорение за счет расхода кинетической энергии. Понижение скорости в дополнение к вязкостным эффектам ведет к понижению скорости двухфазной смеси. Исходя из этого Гудинаф дает следующее выражение для изменения коэффициента скорости, полученного по фиг. 13, имея в виду учет дополнительных сопротивлений влажной паровой среды. Предлагаемый им коэффициент скорости для влажного пара имеет такой вид [c.34]

В отличие от известных экспериментальных и теоретических исследований спонтанной конденсации пара в соплах Лаваля в реальных процессах течения пара в проточных частях турбин образование влаги частично может происходить и па более ранней стадии в результате повышенной турбулентности потока, которая вызывает локальное выпадение влаги и соответственно смещение зоны начала спонтанной конденсации пара вниз по потоку. Можно предположить, что при нерасчетных режимах течения и из-за повышенной степени турбулентности переохлаждение пара не достигает максимального значения и спонтанное влагообразова-ние не происходит. [c.270]

Наличие твердых и жидких частиц в продуктах сгорания реактивных двигателей позволяет отнести процесс истечения из сопл к частному случаю движения трехкомпонентной двухфазной системы. Сюда же следует отнести процессы в системах пылеприготов-ления, кавитационные явления в гидравлических машинах, конденсацию в аэродинамических трубах и т. п. [c.5]

В быстротечных процессах, характерных для газодинамики, метастабильные состояния наблюдаются и для обычных веществ, не очищенных специально. Впервые такие отклонения от равновесного состояния наблюдал А. Стодола [Л. 235] при исследовании потоков пара в соплах Лаваля. В своих классических экспериментах методом рассеяния света А. Стодола показал, что внутри сопла с прозрачными стенками при работе на насыщенном или перегретом паре наблюдается заметное перенасыщепие перед началом конденсации. В случае расширяющихся сопел Лаваля при сверхзвуковом течении конденсация происходила за критическим сечением. Кроме того, А. Стодола показал, что наличие посторонних ядер конденсации, таких, как пыль и т. п., не имеет существенного значения для начала бурной конденсации. Аналогичные явления наблюдали и другие исследователи как в соплах, работающих на паре, так и в сверхзвуковых аэродинамических трубах при конденсации паров воды в воздухе. [c.24]

Рассмотрим процесс расширения влажного пара в сопле. Предположим, что скачки конденсации отсутствуют, а расширение среды предельно неравновесно, т. е. тепло- и массообмен между фазами отсутствует полностью и скорости частичек жидкости и пара одинаковы. В этом случае степень сухости пара Хо и температура жидкости остаются неизменными на протяжении всего процесса расширения (Х0 = Х2 = onst 70= T D = onst). Определим величину [c.124]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...