Дисперсно кольцевого

Режим течения двухфазного потока зависит от теплофизических свойств жидкости и пара, расходов отдельных фаз и от размеров и положения трубы в пространстве. Визуальные наблюдения и киносъемки показали, что в вертикальных трубах в основном существуют четыре режима течения: пузырьковый (рис. 1.1, а), снарядный (рис. 1.1,6), кольцевой или дисперсно-кольцевой (рис. 1.1, в) и эмульсионный (рис. 1.1,е).

этом режиме часть этой жидкости срывается потоком пара, в самом паровом стержне движутся отдельные капли жидкости, число которых тем выше, чем больше х (дисперсно-кольцевой режим). Дальнейшее возрастание паросодержания приводит к эмульсионному режиму течения паровой смеси, когда почти вся жидкость более

На рис. 1.2 приведены типичные кривые, устанавливающие границы перехода от одного режима к другому [124]. Как видно из рисунка, область существования пузырькового режима невелика. При больших расходах [в рассматриваемой работе при режимах, когда рш> 1700ч-2000 кг/(м2-с)] снарядный режим вообще не наблюдается, т. е. пузырьковый режим сменяется непосредственно дисперсно-кольцевым. В потоках с меньшими значениями массового расхода рш дисперсно-кольцевой режим наступает при более высоких 'паросодержаниях х.

В условиях дисперсно-кольцевой структуры потока часть жидкости течет у стенки трубы, а часть движется в диспергированном виде в паровом ядре. При некотором значении р жидкая пленка начинает высыхать, что приводит к резкому ухудшению теплоотдачи *.'

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 дисперсно-кольцевого 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.

В условиях кольцевой .структуры двухфазного потока на поверхности жидкой пленки образуются мелко- и крупномасштабные, волны. Фазовая скорость крупномасштабных волн больше средней скорости течения жидкости в пленке. Под влиянием потока пара капли жидкости срываются с гребней крупномасштабных волн и уносятся в ядро потока. Это так называемый механический (или динамический) унос. Как показано в гл. 1, при заданных свойствах жидкой и паровой (газовой) фаз, геометрии канала и плотности орошения началу срыва капель с поверхности пленки отвечает вполне определенное значение скорости пара (газа). По достижении этой скорости чисто кольцевая структура потока переходит в -дисперсно-кольцевую.

Когда вся жидкая фаза сосредоточена в пленке (кольцевой режим течения), то средняя скорость жидкости в пленке дапл равна осредненной по сечению истинной скорости жидкости wf. В условиях дисперсно-кольцевой структуры часть жидкости движется в виде капель в паровом (газовом) ядре потока, т. е. в области повышенных скоростей. Средняя скорость капель в общем случае меньше средней истинной скорости пара w", но может значительно превышать среднюю скорость пленки. Следовательно, шпл<о/ и чем больше капель движется в ядре потока, тем меньше относительная скорость пленки &упл/а/ [180].

В работе авторов [208] приведены примеры теоретических решений, которые в ряде случаев дают приемлемые для технических расчетов параметры пленки. Однако для расчета средних коэффициентов теплоотдачи при кипении в условиях дисперсно-кольцевой структуры в работе [208] рекомендуются эмпирические зависимости, полученные с помощью теории подобия.

Границы дисперсно-кольцевой структуры определяются началом срыва капель жидкости с поверхности пленки (нижняя граница) и явлениями кризиса теплообмена (верхняя граница). При возникновении кризиса

Как уже отмечалось, внутри дисперсно-кольцевой структуры наблюдаются две области, различающиеся между собой по характеру течения пленки и по механизму процессов обмена. Переход от области интенсивного срыва капель жидкости в ядро потока к области течения пленки с относительно гладкой поверхностью происходит при некотором значении паросодержания, обозначаемом символом ХЬ.Р [45]. По данным авторов работы [49], значение Л;ЛР не зависит от q и для жидкости с заданными физическими свойствами определяется лишь гидродинамическими условиями, складывающимися в потоке. Например, с ростом массовой скорости при х<х&р возрастает унос капель с поверхности пленки и резко снижается толщина последней (рис. 8.6), поэтому значение лгдр уменьшается. Зависимости х&р от рш приведены на рис. 8.13 [118].

В условиях дисперсно-кольцевой структуры потока, т. е. с момента начала срыва капель с поверхности пленки, определяемого формулами (1.72) и (1.73), расчет коэффициента теплоотдачи следует вести, подставляя в формулу (8.5) действительную среднюю скорость жидкости в пленке, которая может быть во много раз меньше скорости w' . Однако, как уже отмечалось, в обогреваемых трубах из-за набухания пристенного двухфазного слоя весьма трудно точно измерить толщину пленки, а следовательно, и среднюю скорость течения в ней жидкости. В связи с этим был предложен метод, дающий возможность, минуя непосредственные измерения, найти эффективное значение скорости жидкости в пленке ауэф, которым определяются интенсивностьчтеплообмена и гидродинамическое сопротивление при дисперсно-кольцевой структуре [180]. Метод основан на гидродинамической теории теплообмена. Предполагается, что в двухфазном потоке при определенных сочетаниях режимных параметров (так же как и в однофазном) устанавливается соответствие между интенсивностью теплообмена и гидродинамическим сопротивлением. .

1,2 — граница пузырькового и дисперсно-кольцевого режимов соответственно; 3. 4, 5 — опытные данные по пузырьковому, снарядному и дисперсно-кольцевому режимам

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 дисперсно-кольцевого 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.

Нижняя граница дисперсно-кольцевого режима течения паро-жидкостной смеси, очевидно, может быть определена по формулам (1.72) и (1.73) для расчета начала уноса капель в ядро потока,

паросодержаниях. Это объясняется тем, что в рассматриваемых условиях даже при весьма высоких плотностях теплового потока проявляется влияние скорости смеси. В соответствии с рис 8.17 для дисперсно-кольцевого потока формула (8.5) принимает вид

В данном параграфе приводится, возможно, первая попытка расчета <7кр ДЛЯ описанных выше локальных интенсификаторов, основанная на методике расчета кризиса теплообмена при кипении теплоносителя в гладких стержневых сборках, в которой используются подход и критерии, разработанные В. Н. Смолиным [90]. С этой целью для определения критической плотности теплового потока используется третья корреляция указанной методики расчета, предназначенная для предельного случая дисперсно-кольцевого движения, при условии, что коэффициент тепло-гидравлической неравноценности принимается равным единице. Наложение этого условия вызвано тем, что при наличии интенсификаторов происходит интенсивное перемешивание теплосодержания потока по поперечному сечению сборки. Вместо фактора, учитывающего расположение дистанционирующих решеток, в третью корреляцию методики расчета 156

89.Определение границ режима и параметров дисперсно-кольцевого потока в кольцевом канале/В. Н. Зеленский и др. Препринт ФЭИ-172,1969.

Начало дисперсно-кольцевого режима с роликовыми волнами на поверхности пленки соотношением

Наступление дисперсно-кольцевого режима без роликовых волн (только с рябью на поверхности пленки) описывается выражением

Граница начала дисперсно-кольцевого режима

При диаметрах rf< 17-10~3 м наблюдается существенное влияние диаметра на значения относительных потерь. Особенно это проявляется в области дисперсно-кольцевого режима течения. Поэтому для d < 17- 10~3 м значения Дрт/Д/70 из номограммы рис. 2.6 необходимо умножить на а== — / (d) x*-\-f (d)X X х + 1, где / (d) = 8, 4-^496 d (d — диаметр трубы). При расчете необходимо учитывать, что при d > 17- 10~8 м и р > 17,7 МПа а = 1.

Рис. 6.1. Виды зависимостей q«p (x), хяк— начало дисперсно-кольцевого режима; А'П — предельное паросодержание; хтр — граничное паросодержание; //// — область граничного паросодержания: