Скорость звука в двухфазных жидкостях

СКОРОСТЬ ЗВУКА в ДВУХФАЗНЫХ ЖИДКОСТЯХ [c.60]

СКОРОСТЬ ЗВУКА В ДВУХФАЗНЫХ ЖИДКОСТЯХ [c.35]

Скорость звука в двухфазных жидкостях имеет свои особенности. Газовая и жидкая фазы в потоке смеси создают вполне определенные формы течения раздельное течение, дисперсную и дисперсионную макроструктуру, а также структуру с сильно выраженной неоднородностью — крупнопузырчатое течение. Поэтому говорить о скорости звука в двухфазной жидкости имеет смысл тогда, когда среда подвижная, а длина звуковой волны значительно больше средней неоднородности структуры течения (за исключением некоторых отдельных случаев, таких, как неподвижные коллоидные растворы, суспензии). [c.35]

В том случае, когда степень неоднородности двухфазной смеси (размер частиц дисперсной фазы и расстояние между частицами) меньше длины волны возмущения, по отношению к волне среда ведет себя как непрерывная. При этом для определения скорости звука можно воспользоваться уравнением Лапласа = (Эр/0p)j. При распространении акустических волн в однофазной среде имеет место явление дисперсии, проявляющееся в зависимости скорости звука от частоты звуковой волны. Зависимость эта молекулярной природы. Говоря о дисперсии скорости звука в двухфазной среде, можно отметить, по крайней мере, две формы ее проявления. Первая характерна для двухфазной среды в целом и связана с тремя происходящими в ней релаксационными явлениями с процессом массообмена между фазами - фазовым переходом, процессом теплообмена - выравниванием температур между фазами и процессом обмена количеством движения — выравниванием скоростей между фазами. Даже в случае равновесной двухфазной среды при распространении в ней звуковой волны равновесие между фазами нарушается и в ней протекают релаксационные процессы. Вторая форма возникает из-за дисперсии звука в среде-носителе и природа ее та же, что дисперсии в однофазной жидкости. Для нее характерна область высоких частот, когда длительность существования молекулярных ансамблей в жидкости или в газе соизмерима с периодом звуковой волны. [c.32]

Определить скорость звука в мелкодисперсной двухфазной системе пар с взвешенными в нем мелкими капельками жидкости ( влажный пар ) или жидкость с распределенными в ней мелкими пузырьками пара. Длина волны звука предполагается большой по сравнению с размерами неоднородностей системы. [c.355]

Рассмотрим, например, процесс распространения волны синусоидальной формы в потоке пара, несущем частицы жидкой фазы. Если длина волны достаточно велика, а масса жидких частиц и их размер достаточно малы, то частицы жидкости будут иметь скорость поступательного движения, близкую к скорости пара. С ростом частоты волны или массы жидкой фазы относительная скорость движения частиц в паровом потоке будет увеличиваться. Таким образом, в двухфазных средах в отличие от однофазных дисперсия звуковых волн определяется не только частотой волны, но и структурой двухфазной среды. В мелкодисперсной среде область дисперсии смещается в область более высоких частот по сравнению с крупно дисперсной. По этой причине в двухфазных средах в отличие от однофазных дисперсию принято характеризовать не только частотой волны, но и временем релаксации обменных процессов, косвенным образом учитывающим структуру двухфазной среды. Эти параметры, с помощью которых учитываются дисперсионные свойства двухфазной среды, носят название частотно-структурных (или временно-структурных). Выражение для скорости звука, учитывающее особенности дисперсии звука в двухфазной смеси, приведено в [55] [c.33]

Ниже приводятся результаты эксперимента, проведенного для выяснения влияния на формирование скачка уплотнения резкого снижения скорости звука в однородном потоке высоковлажной двухфазной смеси, образующейся в канале в результате снижения давления в жидкости и выделения растворенного в ней газа в свободное состояние. [c.102]

Лебедянский Е. В,, О скорости звука в термодинамически неравновесной двухфазной среде (пузырьки пара в жидкости), Изд-во АН СССР, [c.415]

Вблизи минимального сечения камеры смешения на входе в диффузор происходит резкое, скачкообразное повышение статического давления. Это связано с тем, что скорость двухфазного потока достигает сверхзвуковых значений (скорость звука в пузырьковой среде мала), т е. создаются условия для образования адиабатных скачков уплотнения. При скачке могут происходить схлопывание пузырьков и полная конденсация паровой фазы. Аналогичный характер течения потока в ПВИ наблюдается, когда вместо насыщенной жидкости используется перегретый пар. [c.476]

При рассмотрении свойств вещества в двухфазной области жидкость — пар можно получить простую формулу для скорости распространения звука в двухфазной области (т. е. во влажном паре), а следовательно, и в насыщенных парах при подходе к кривой насыщения из области двухфазного состояния вещества. Эта формула, выведенная автором еще в 1947 г. [1], имеет при температурах, не очень близких к критической, следующий вид [c.48]

Автором недостаточно полно рассмотрены особенности движения двухфазной или двухкомпонентной среды с большими скоростями при высоких концентрациях жидкой (твердой) фазы. Особенно сложной и вместе с тем практически и теоретически важной является проблема течений двухфазных сред при больших скоростях, так как при таких течениях возникают различные структурные изменения, кардинально влияющие на гидромеханические, тепловые и акустические свойства среды. Хорошо известен, например, факт резкого снижения скорости звука при переходе потока парожидкостной смеси к пробковой, пенообразной и пузырьковой структурам. Известно также, что переход от пузырьковой структуры к чистой жидкости в потоках больших скоростей, как правило, сопровождается мощными скачками уплотнения (конденсации). К числу весьма важных вопросов необходимо отнести проблемы устойчивости упомянутых структур, условий и критериев перехода от одной структуры к другой. [c.7]

Характер изменения звуковой скорости в насыщенном паре вблизи критического состояния определяется видом температурной зависимости удельных объемов насыщенной жидкости и сухого пара в этой зоне. Рассмотрим ход изменения скорости звука вдоль верхней пограничной кривой, имея в виду сближение с этой кривой со стороны двухфазной области. Заметим, что такому же закону должны следовать акустические скорости и вдоль линий постоянной степени сухости, поскольку удельный объем влажного пара v = v х v"—и ). [c.87]

Если причиной возникновения скачка уплотнения является выделение в свободное состояние растворенного в жидкости газа (как это имело место в кавитационных скачках), то в случае двухфазного двухкомпонентного потока скорость звука может быть однозначно определена с помощью предложенной выше зависимости для показателя изоэнтропы [c.101]

Для этих же сечений запишем уравнение сохранения количества движения применительно к жидкому компоненту. Количеством движения газового компонента пренебрегаем в обоих сечениях на том основании, что при одинаковых скоростях фаз в сечениях и диапазоне = 0,4- 0,6 (как было показано раньше, в этом диапазоне скорость звука двухфазной компонентной смеси имеет минимум, а значит, при прочих равных условиях Рг Р имеет максимум) масса газа много меньше массы жидкости. Тогда [c.101]

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]

Из газодинамики однофазных сред известно, что при подводе тепла энтропия потока растет, а давление полного торможения падает независимо от соотношения скорости потока и скорости звука. Таким образом, подвод тепла к движущемуся газу приводит к дополнительному тепловому сопротивлению. Отвод тепла от потока приводит к уменьшению энтропии и росту полного давления. Эти выводы, однако, нельзя перенести на течение двухфазной среды при наличии в ней фазовых переходов. Так, например, при движении пара в трубе с внешним отводом тепла на стенках происходит конденсация и образование пленки жидкости, скорость которой может быть на несколько порядков меньше скорости пара. Таким образом, кинетическая энергия и количество движения потока уменьшаются. Такую трубу с конденсацией пара и теплообменом можно рассматривать как расходное сопло. Действительно, при низких давлениях, среды уменьшением плошади сечения трубы F из-за наличия пленки можно пренебречь, и тогда уравнение неразрывности для пара можно записать так [c.255]

В соответствии с хар-ками в-ва рассматривают С. капельной жидкости, газа, плазмы и т. п. В особый класс выделяют двухфазные С., напр, газовые, содержащие жидкие или тв. ч-цы. Для С. сжимаемых газов существенным явл. отношение скорости газа Уо на срезе сопла к скорости а распространения звук, волн — Маха число M=vJa в зависимости от значения М различают С. дозвуковые (ЛГ<1) и сверхзвуковые (Лf>l). В зависимости от направления скорости течения газа (жидкости) в окружающей среде различают С., вытекающие в спутный (направленный в ту же сторону), встречный и сносящий поток (напр., С. жидкости, вытекающая из трубы в реку и направленная соответственно по течению, против течения и под углом к скорости течения реки). С., вытекающая в бассейн,— пример С-, вытекающей в неподвижную среду. Если состав жидкости (газа) в С. и окружающей её неподвижной среде одинаков, С. наз. затопленной (напр., С. воздуха, вытекающая в неподвижную атмосферу). С. наз. свободной, если она вытекает в среду, не имеющую ограничивающих поверхностей, полуограниченной, если она течёт вдоль плоской стенки, стеснённой, если вытекает в среду, ограниченную ТВ. стенками (напр., С., вытекающая в трубу большего диаметра, чем диаметр сопла). [c.729]

Скорость звука в двухфазных жидкостях имеет свои особенности. Газовая и жвдкая фазы в потоке смеси создают вполне определенные формы течения раздельное течение, дисперсную и дисперсионную [c.60]

Ранее [17] установлено, что при критическом истечении однофазной жидкости влияние сжимаемости ок ывается определяющим при протекании процесса в области, автомодельной по числу Рейнольдса (Re), при этом влияние диссипативных сил в околозвуковой области течения становится исчезающе малым вследствие вырождения турбулентности. Однако практическое использование этого эффекта в трубах при движении в них однофазных сред проблематично, прежде всего, из-за большой скорости звука в таких средах. Кроме того, влияние этого эффекта при движении однофазной среды реализуется лишь на очень коротком участке трубы, примыкающем к выходному сечению трубы, так как скорость звука в адиабатном канале постоянного сечения при движении в нем однофазной среды достигается лишь один раз на выходе из канала. Иначе обстоит дело со скоростью звука в двухфазном потоке как показано в [55], при одних и тех же параметрах торможения в зависимости от структуры двухфазного потока и степени термического и механического равновесия фаз в нем скорость звука может меняться в очень широких пределах. Кроме того, в настоящее время теоретически обоснован и экспериментально подтвержден тот факт, что скорость звука в двухфазном потоке при определенном соотношении фаз может оказаться на два порядка ниже, чем в жидкой фазе. Таким образом, трансзвуковой режим течения может быть достигнут на конечном участке длины трубопровода при умеренных значениях скорости звука (несколько десятков и даже несколько метров в секунду). В этом случае коэффициент сопротивления является функцией не только вязкости потока, но и его сжимаемости, определяемой числом Маха. Более того, при движении с околозвуковой скоростью влияние wi nnaTHBHbLX сил становится исчезающее малым вследствие вырождения турбулентности. Уменьшение потерь на трение при больших массовых расходах отмечалось в опытах при движении двухфазной смеси в замкнутых контурах циркуляции [32]. Таким образом, при критическом истечении влияние сжимаемости [c.119]

Необходимость расчета истечения двухфазных смесей через отверстия и насадки актуальна для различных технических устройств, в частности, для систем аварийной защиты АЭС. Наиболее важной является задача об истечении насыщенной или не-догретой до температуры насыщения жидкости. Истечение такой жидкости сопровождается падением давления ниже локального давления насыщения, что приводит к парообразованию внутри канала. Наличие в потоке сжимаемой фазы создает возможность появления критического режима. Критические режимы истечения двухфазных потоков значительно отличаются от аналогичных режимов при истечении однофазной сжимаемой среды, где наступление критического режима связано с достижением в критическом сечении локальной скорости звука (см. п. 1.11.6). Так, если при однофазном критическом истечении в критическом сечении устанавливается давление, отличное от противодавления Рдр и не изменяющееся при дальнейшем снижении противодавления, то в двухфазном потоке достижение максимального критического расхода смеси не обязательно сопряжено с установлением в критическом сечении давления, не зависящего от противодавления [85]. При достижении максимальной плотности потокау з, , хотя и устанавливается давление р р, отличное от противодавления, но оно зависит от последнего в некотором диапазоне его изменения (рис. 1.92). Само определение скорости звука в двухфазном потоке не является однозначным, ибо оно зависит как от действительной структуры потока, так и от принятой физической модели процесса распространения волны возмущения, причем согласно [85] расчетные скорости звука в зависимости от принятой модели могут отличаться на порядок. [c.104]

Как показано выше, расчеты скорости звука, выполненные с помощью (3.17), а также эксперименты по измерению скорости звука в однородной газожидкостной смеси свидетельствуют о том, что скорость звука в такой смеси не является величиной аддитивной по отношению к скоростям звука каждой из фаз и зависимость а = /ф)р имеет явно выраженный минимум при значении объемного газосодержания Р = 0,5. При выводе зависимости (3.17) двухфазная среда рассматривалась как смесь идеального газа и несжимаемой жидкости, настолько однородная, что каждая из фаз занимает весь доступный обьем (Уг = Уж= Ус) подобно тому, как это имеет место в смеси разнородных газов. Если представить реальный газ как однородную смесь идеального газа и идеальной жидкости, то можно воспользоваться выражением (3.17) для определения объемного газосодержания Р идеального газа в реальном. При этом под идеальной жидкостью следует понимать несжимаемую (точнее, слабосжимаемую) часть реального газа, представляющую собой молекулярные ассоциации. [c.59]

Знание критического расхода необходимо для расчета струйных аппаратов, в которых рабочим телом являются адиабатно-вскипающие жидкости (при анализе аварийных режимов в ЯЭУ, в транзитных трубопроводах при теплоснабжении от ядерных источников энергии, при трубопроводном транспорте сжиженного газа, в геотермальной энергетике, в ракетной и криогенной технике и во многих других практически важных случаях, которые достаточно подробно описаны в [55]). Признаками, характеризующими момент достижения кризиса течения в канале, являются достижение максимального критического расхода, критической скорости истечения (равной локальной скорости звука) в критическом сечении канала, установление в этом сечении давления, отличного от противодавления и не зависящего от него (стащюнарное положение волны возмущения в критическом сечении). Реализация любого из этих признаков в одномерном газовом потоке служат необходимым и достаточным условием установления критического режима течения. При истечении вскипающих потоков установление максимума расхода, так же как и стационарное положение волны возмущения в критическом потоке, являются необходимыми условиями, но недостаточными для достижения кризиса течения в традищюнном его понимании, так как в широком диапазоне противодавлений давление в критическом сечении, отличаясь от противодавления, не остается от него не зависящим. Это обстоятельство объясняется тем, что в одномерном двухфазном потоке скорость звука определяется не только параметрами среды, но и степенью завершенности обменных процессов в самой волне возмущения. [c.162]

Измерения скорости жидкой фазы в конце камеры с.мсшсния и диффузоре [761 показывают, что скорость потока в двухфазной зоне (равная скорости жидкости из-за малого скольжения) на всех режимах больше равновесной (термодинамической) скорости звука йи но существенно меньше замороженной скорости звука af. Следовательно, по отношению к й поток является сверхзвуковым, и поэтому должны проявляться эффекты, характерные для сверхзвукового режима течения. В этих условиях при повышении давления Рд в диффузоре появляется полностью размытая ударная волна, перемещающаяся по мере увеличения Рд к горлу диффузора. Ее интенсивность при этом увеличивается и возрастает число Маха Mi, рассчитанное по значению равновесной скорости звука ai. Вдоль камеры смешения, начиная с сечения структурного перехода, Mi немонотонно возрастает, так что в горле диффузора имеется максимум Mi, связанный с устойчивостью положения скачка в горле диффузора 18]. Из опытов также следует, что при повышении значений Рд давление в камере смешения не изменяется, т. е. течение в конце камеры смешения и диффузоре остается сверхзвуковым и по отношению к возмущениям, возникающим в диффузоре конденсирующего инжектора. [c.129]

Скорость звука как скорость распространения слабого упругого возмущения в двухфазной жидкости в сильной степени зависит от истинного объемного паро- пли газосодержания, от физических свойств газовой и жидкой фаз смеси, от теплообмена между фазами, от частоты и величины возмущения. [c.61]

Если при вдуве газа в жидкость образуется гомогенная двухфазная смесь, то скорость звука в этой смеси может бьггь определена по формуле [c.49]

Используя уравнения (5.1)-(5.14), рассчитываются основные параметры процесса кавитации в сопле Вентури, такие как скорость потока в критическом сечении сопла и в любой точке кавитационной области (Р, статическое давление в области кавитации 7 ,,, массовый расход через любое произвольное взятое сечение области кавитации, обьемный расход двухфазной среды, из которой состоит область кавигации, плотность двухфазной среды р в любом произвольно взятом сечении области кави тации, объемная концентрация газовой фазы, массовые расходы жидкой 7 и газовой С фаз, полное давление потока Р в произвольнее взятом сечении области кавитации, местная скорость звука а в любой точке области кавитации, длина 5 области кавитирующей жидкости. [c.149]

Затем идет вторая, или медленная , волна S на рис. 6.11.4), скорость переднего фронта котор ш равна равновесной скорости звука ie = ieiPsn) в жидкости со стороны двухфазной области. Качественное исследование движения равновесной нарожндкост-ной смеси в этой волне можно проводить в приближении нолн-тропнческой баротропии, аппроксимируя зависимость /)(р) в виде /. . [c.147]

Предложенный в настоящей главе способ анализа описывает в рамках одномерного рассмотрения динамику поведения теплоносителя с любой степенью сжимаемости, которой может обладать реальная жидкость, идеальный или реальный газ или их однородная двухфазная смесь. При формировании уравнений, описывающих динамику поведения двухфазной среды, не требуется принятие, как это обычно делается, каких-либо дополнительных допущений, учитывающих их особенность. Особенности двухфазных сред по сравнению с однофазными учитываются двумя определяю1цими эти особенности величинами коэффищ1ен-том Грюнайзена и скоростью звука. Без введения в уравнения коэффициента Грюнайзена процесс перехода от зависимостей для однофазного теплоносителя к зависимостям для двухфазного хотя и сопряжен с необходимостью раскрытия неопределенностей типа оо/оо,но принципиально возможен. Обратный же переход от равновесного двухфазного состоя-30 [c.30]

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 связи с изложенным представляется целесообразным именно с этой скоростью звука (кривая5) сопоставить критическую скорость истечения. Для этого прежде всего необходимо уметь определять критические параметры двухфазной смеси по известным параметрам заторможенного потока. В однофазном адиабатном потоке эта задача однозначно решается с помощью показателя адиабаты (изоэнтропы). Рассматривая двухфазную смесь как гомогенную смесь идеального газа и несжимаемой жидкости, полагаем, что в основе механизма обмена количеством движения лежит не вязкое трение, а упругое столкновение молекул газа с частицами конденсированной фазы. Таким образом, разгон жидкой фазы, так же как увеличение скорости газа, осуществляется за счет уменьшения энергии молекул газа. [c.172]

Бее экспериментальные точки находятся выше теоретической кривой, когда X = idem, и значительно выше кривой, когда учтено фазовое равновесие в звуковой волне. Хотя в экспериментах не достигнута достаточная точность, тем не менее все опытные точки группируются около кривых, которые показывают зависимость скорости распространения звука от паро-содержания и давления двухфазной жидкости. С ростом паросодержания приведенная скорость звука падает, доходит до минимума и затем возрастает до единицы при паросодержанин, равном единице. Давление увеличивает упругость смеси, поэтому с его ростом повышается и скорость звука. [c.66]

Приведенный анализ касается только однофазного течения, которое несколько проще, чем однокомпонентное двухфазное тече- ние. Двухфазное (пар—жидкость) истечение усложняется переходом Ж ИДкости в пар в результате снижения давления. Однако некоторые аспекты задачи однофазного течения. могут быть перенесены на исследован ие двухфазного течения. Возможно, например, что объяснение изменения окорости истечения влиянием скорости звука, Предложенное Гиффеном [38], может помочь в объяснении всплесков давления [43—46], замеченных при понижении давления в истекающем двухфазном потоке. [c.312]

Другие процессы, которые приводят к зависящим от температуры поправкам для распределения энергии в жидкости (например, испарение и конденсаци/Ч в двухфазных смесях плп ионизация и рекомбинация в газах прп высоких температурах), могут также влиять на акусыпеское затухание на длине волны, давая пиковые значения при некоторой характерной для данного процесса частоте и последующий спад кривой, однако при этом изменение скорости звука (от равновесного до замороженного значения) мало. Заметим также, что затухание совершенно другого тина, связанное с касательными напряжениями (214), играет важную роль каждый раз, когда звуковые волны распространяются по касательной к твердой стенке, например при распространении звука в трубе с твердыми стенками этот случай кратко рассматривается в гл. 2. За дальнейшими подробностями относительно процессов диссипации в жидкости следует обращаться к разд. 3.5. [c.111]

На действительную скорость звука, которая реализуется в двухфазной смеси, оказывают влияние многие факторы распределение пузьфьков газа вжидкости соотношение скоростей между жидкостью и пузырьками газа величина пузырьков и т. п. [c.49]

На развитие кавитации в жидкостях влияет также количество свободных газов и растворенных, выделяющихся в областях пониженного давления. Газ уменьшает прочность жидкости (газовая кавитация). Пщщаличии двухфазной среды сильно падает скорость звука и кризисы, имеющие место при кавитационных течениях (ограничение расхода), могут являться кризисами звуковых течений. Кроме того, на степень развития кавитации могут влиять термодинамические свойства жидкостей (см. разд. 3.3.5.2). [c.186]

Все экспериментальные точки находятся выше теоретической кривой, когда X = idem, и значительно выше кривой, когда учтено фазовое равновесие в звуковой волне. Хотя в экспериментах не достигнута достаточная точность, тем не менее все опытные точки группируются около кривых, которые показывают зависимость скорости распространения звука от паросодержания и давления двухфазной жидкости. С ростом паросодержания приведенная скорость звука падает, доходит до минимума и затем [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...