Дисперсно кольцевому

§ 8.2. Процессы обмена в дисперсно-кольцевом потоке

В дисперсно-кольцевом потоке

Процессы влагообмена между ядром и пленкой или механического взаимодействия ядра потока с поверхностью пленки и другие обменные процессы в дисперсно-кольцевом потоке настолько сложны, что строгое аналитическое решение задач, связанных с нахождением расчетных зависимостей для той или иной интегральной характеристики процесса, наталкивается на непреодолимые трудности. Эти трудности обусловлены в основном большим числом переменных, подлежащих определению, а также неопределенностью-при задании граничных условий. Даже если задача решается как

В дисперсно-кольцевом потоке с ростом паросодержания при pzw=const толщина пристенной жидкой пленки непрерывно умень;-шается, что приводит, наконец, к подавлению процесса пузырькового кипения. Однако пока на стенке сохраняется сплошная жидкая пленка, интенсивность теплообмена продолжает оставаться

73. Казновский С. П., Пометько Р. С., Пашичев В. В. Кризис теплоотдачи и распределение жидкости в дисперсно-кольцевом режиме течения: — Теплофизика высоких температур, 1978, т. 16. № 1, с. 94—100.

125. Нигматулин Б. И., Милашенко В. И., Шугаев Ю. 3. Исследование распределения жидкости между ядром и пленкой в дисперсно-кольцевом пароводяном потоке.— Теплоэнергетика, 1976, № 5, с. 77—79.

§ 8.2. Процессы обмена в дисперсно-кольцевом потоке.......... 231

В области с высоким массовым паросодержанием (обычно в дисперсно-кольцевом режиме течения) возникновение кризиса теплообмена связано с испарением или локальным разрушением жидкой пленки на теплоотдающей поверхности. При этом в ядре потока остается диспергированная жидкость в количестве, достаточном для бескризисного охлаждения.

момента нормальных сил на рабочих поверхностях завихрителя. Нормальные силы, распределенные по поверхности лопатки, вызывают рост давления в паровой фазе потока. Это давление при дисперсно-кольцевом режиме движения двухфазного потока является достаточным для отжатия жидкой пленки, что приводит к появлению сухих пятен, как и перед препятствием [ИЗ]. Это явление может быть определено как фактор формы. Отсюда становится ясно, что несмотря на интенсивное вращение потока, которое, в частности, приводит к снижению роста температуры стенки твэла в закризисной области (рис. 8.16), вторичный процесс — отжатие жидкой пленки от лопаток снижает эффективность действия интенсификаторов теплообмена.

/ — кризис, связанный с переходом пузырькового кипения в пленочное; // — то же, но в дисперсно-кольцевом режиме; /// — кризис, связанный с высыханием жидкой пленки;

Зависимость (5.15) позволила обобщить опытные данные не только в области развитого пузырькового кипения, но и при дисперсно-кольцевом течении, за исключением режимов с улучшенной и ухудшенной теплоотда-

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

Переход к дисперсно-кольцевому и кольцевому режимам течения аналитически и экспериментально изучен более детально. Известен ряд зависимостей как для вы--соких, так и для сравнительно низких скоростей "фаз и подтвержденных экспериментально для пароводяных и воздуховодяных смесей. Данные П. Гриффитса, Р. Д. Хе-берстро и Г. Брейнера, полученные при сходных методиках экспериментов, обобщаются соотношениями [5.2]

Режим развитого пузырькового кипения имеет место при малых паросодержаниях. Для исследованного диапазона режимных параметров на основании литературных данных по режимам течения (см. параграф 5.1) пузырьковый режим не может существовать при Х>5— 8%, а при высоких давлениях переход к дисперсно-кольцевому режиму происходит, особенно при больших скоростях, при Х~0.

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.

Снарядное течение не наблюдается при удельных массовых расходах, превышающих примерно 5,87-10е кг/м?-час. При более высоких скоростях потока наблюдается переход непосредственно от пузырькового к дисперсно-кольцевому режиму течения; однако этот переход осуществляется при изменении паросодержания потока в широких пределах. Как видно из данных, приведенных на графике при Х0 = 0,2%, заполнение потока пузырями пара очень велико, но при этом не наблюдается заметного слияния отдельных пузырей в более крупные пузыри, характерные для снарядного течения. По мере увеличения паросодержания ядро потока заполняется преимущественно паром, а взвешенная в потоке жидкость, как предполагают Беннет и сотр. [31, распределена в виде кусков пены. При дальнейшем увеличении паросодержания взвешенная в потоке жидкость образует пленку на стенке канала или дробится на мелкие капли, после чего происходит переход к дисперсно-кольцевому течению. При этом переходе выходное напряжение на зонде соответствует интенсивному пузырьковому режиму течения, и по мере увеличения паросодержания наблюдается постепенное уменьшение напряжения. Экспериментальные данные показывают, что эта переходная область достаточно велика, поэтому ее можно было выделить как самостоятельный тип течения. Этот режим движения смеси был назван эмульсионным течением.

Ф и г. 6. Характерная карта режимов течения для давления 35 ата. D = 9,7 мм; L = 610 мм; Р0 = 35 ата; Ti = 204°; О пузырьковое течение; (С переход от пузырькового течения к снарядному; д эмульсионное течение;^) снарядное течение; D переход от снарядного течения к дисперсно-кольцевому; и дисперсно-кольцевое течение; х критические условия.

Интерпретация режимов течения в данной работе, по-видимому, более приемлема с инженерной точки зрения, так как течение с относительно большим содержанием легкой фракции можно уподобить дисперсно-кольцевому течению.

D = 10 дин; L = 2440 мм; Р0 = 70 ата; Ti= 260°; О пузырьковое точение; С переход от пузырькового течения к снарядному; д эмульсионное течение; О снарядное течение; и переход от снарядного течения к дисперсно-кольцевому; (П дисперсно-кольие-

D=10 мм; /.,= 2440 мм; Р„ = 70 сипа; Г; = 260°; •пузырьковое течение: С переход от пузырькового течения к снарядному; Л эмульсионное течение; о снарядное течение; Ю переход от снарядного течения к дисперсно-кольцевому; П дисперсно-ноль-

В ходе исследований пузырькового течения воздухо-водяной смеси Роуз и Гриффит [19] нашли границу перехода к неустойчивому течению снарядного типа. Линия перехода легко может быть найдена на основании их результатов, которые были представлены в координатах число Фруда — объемное паросодержание. Результаты настоящего исследования достаточно хорошо согласуются с этой линией перехода, особенно при использовании в качестве координат числа Фруда и объемного паросодержания. Из данных, представленных в координатах удельный массовый расход — весовое паросодержание, следует, что кривизна линии не соответствует действительности. Однако эта линия имеет преимущество по сравнению с расчетом по формуле Бейкера, так как она лежит в надлежащих пределах удельных массовых расходов. Часть соотношения Бейкера, справедливая при больших скоростях (фиг. 11 и 12), характеризует наблюдавшийся этим автором переход от пузырькового или эмульсионного течения к кольцевому и дисперсному течению. Видно, что эта кривая приемлемо совпадает с границей перехода от эмульсионного режима течения к дисперсно-кольцевому режиму, найденной в настоящей работе.

Переход от снарядного к дисперсно-кольцевому течению смещается в область более низкого паросодержания, если длина участка увеличивается от 0,6 до 1,5 ж, но при дальнейшем увеличении длины до 2,4 м граница перехода смещается в область более высокого паросодержания. В этом случае увеличение длины участка, турбулизация потока паровыми пузырьками и неравновесные паровые полости также могут оказывать определенное влияние, однако из-за очень высокого паросодержания неравновесные паровые полости не должны оказывать заметного влияния. Данные Гриффита [9] показывают, что увеличение длины участка приводит к смещению перехода в область пониженного паросодержания. Но по мере увеличения длины уровень удельных тепловых потоков падает и турбулизирующее действие пузырей пара уменьшается, что ведет к разрушению паровых снарядов. Изменением относительного вклада этих двух противоположных по своему влиянию факторов можно объяснить изменение характера перехода в зависимости от длины участка.