Файл: Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие.pdf

В теплоэнергетике, ракетной технике, химической и нефтегазовой промышленности многочисленные технологи­ ческие процессы сопровождаются образованием или ис­ пользованием двухфазных потоков. К таким процессам относятся генерация пара в паровых котлах, ядерных ре­ акторах, парогенераторах, движение парожидкостных сме­ сей в конденсационных и холодильных установках, в раз­ личного рода аппаратах с непосредственным контактом газов и жидкостей (сепараторы, барботеры, смесители, деаэраторы и д р .).

В общем случае определение теплообменных и гидроди­ намических характеристик двухфазного потока с подводом тепла представляет собой сложную задачу, поскольку не­ прерывный подвод тепла вызывает фазовые превращения, а следовательно, изменение распределения фаз и режима течения.

Расходные, параметры двухфазного потока

Рассмотрим основные параметры двухфазного потока в трубах и каналах. В каждом сечении парогенерируицего

канала в данный момент времени имеется некоторое опре­ деленное распределение объемов, заполненных жидкой и легкой фазами. Каждая фаза движется со своей средней скоростью. Параметры, характеризующие двухфазный поток, делятся на расходные и истинные. Расходные параметры составляются и рассчитываются на основании уравнений материального и теплового баланса, при этом не учиты­ вается возможная термодинамическая неравновесность потока и различие в скоростях фаз. Истинные параметры учитывают неравновесное состояние и истинные скорости пара и воды.

При установившемся режиме в каждом сечении в еди­

280

ницу времени проходит одна и та же масса нароводяшМ смеси, равная массе воды, подведенной к испарительной

Массовый расход среды через единицу площади попереч­ ного сечения канала называется массовой скоростью:

Массовая скорость, будучи расходным параметром, при отсутствии подвода и отбора среды и при наличии фазо­ вых превращений является постоянной величиной, одина­ ковой в любом сечении канала.

Одним из основных расходных параметров является

[Величина, обратная массовому паросодержанию, называет-

Массовым расходам воды и пара соответствуют объем­ ные расходы:

281

Объемный расход смеси равен

(7 .6)

Объемный расход смеси является переменным по длине участка испарения и при полном испарении жидкости уве­ личивается в J3/j>" раз, что приводит к значительно­ му увеличению скорости и ускорению потока с увеличе­ нием паросодержания.

Расходное объемное паросодержание представляет со­ бой отношение объемного расхода пара к объемному рас­ ходу смеси:

Уп

(7 .7 )

Ve +Vn

282

умеренных давлениях и малых х, расходное объемное паросодержание по величине близко к единице.

J

Рис. 7 .1 . Зависимость расходного объемного паросодержания от массового паросодерхания х при

J различных давлениях

При рассмотрении движения двухфазного потока вво­ дятся характерные линейные скорости. Так, скорость цир­ куляции ия0 (или приведенная скорость смеси) вычисляет­ ся через массовый расход (или массовую скорость) и плотность воды на линии насыщения г

(7.10)

Приведенными скоростями Фаз называются скорости, определяемые из соответствующих расходов фаз, отнесен­ ных (приведенных) ко всему сечению канала. Приведенная скорость пара

(7 .I I)

283

Приведенная скорость воды

Скорость циркуляции и? выражается через приведенные скорости воды и пара следующим образом. Подставляя

(7 .10), (7 .I I) и (7.12) в уравнение (7 .1 ), получим выражение

М/ ‘ / ч Т " + / < а ''

Сумма приведенных скоростей фаз называется скоростью смеси:

Скорость смеси и приведенные скорости фа^, будучи рас­ ходными параметрами, связаны с расходным объемным паросодерханием зависимостью

ростью циркуляции и массовым паросодержанием форму­ лой

284