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

= 400 кг/м2* сек для разных тепловых нагрузок и относи­ тельных энтальпий. Как следует из рис. 7 .2 , при ади-

Рис. 7 .2 . Средние объемные паросодержаяия в трубе диа­ метром 15,7 ми при У>г& - 400 к г/|£ сек и Р = 98 бар в зависимости от относительной энтальпии и теплового потока

абатном движении пароводяной смеси (Q = 0) истинные паросодержаиия <р меньше расходных паро соде ржаний Jb и истинных паросодержаннй в условиях обогрева, при этом тепловая нагрузка особенно сильно влияет в облас­

Для характеристики истинных параметров циркуляция двухфазных потоков вводится также коэффициент проскаль­

291

Действительно, используя (,7.2*0 и (7.25), получим

Для коэффициента проскальзывания Р.И.Шнееровой

р- критическое давление,

Зависимость (7.32) после подстановки значений крите­

242

кипящих контурах циркуляции еще далека от завершения. Предложенные математические модели и аналитические зависимости имеют ограниченную ценность, поскольку связанн с отдельными режимами течения. В настоящее

от исходных в опытах, следует производить с осторож­ ностью.

294

Режимы течения двухфазного потока

Процесс движения двухфазного потока в канале харак­ теризуется различным распределением фаз по сечению ка­ нала, степенью диспергирования фаз, распределением скоростей и касательных напряжений в поле потока. В соответствии со структурой потока различают различные режимы течения пароводяной смеси. Режимы течения свя­ заны с определением коэффициентов теплоотдачи и пере­ падов давления. Правильное представление о структурных формах двухфазного потока позволяет выяснить природу кризиса теплообмена в парогенерирующей трубе. Большую роль в изучении режимов течения играет макроскопичес­ кий метод, связанный с визуальными наблюдениями, фото­ графированием и киносъемкой. Большая часть данных о режимах течения основана на наблюдениях адиабатического газожидкостного (воздухо-водяного) потока ввиду отно­ сительной простоты эксперимента. Значительно меньше данных получено в условиях обогрева при высоких давле­ ниях.

При восходящем движении пароводяной смеси в верти­ кальном равномерно обогреваемом по периметру канале наблюдается осесимметричное распределение фазовых кон­ центраций и скоростей по сечению трубы. Эта симметрич­ ность нарушается в условиях неравномерного по периметру обогрева или при наклонном расположении канала, когда проявляется действие гравитационных сил. Еа основании экспериментальных исследований было выявлено, что ре­ жим течения пароводяной смеси зависит от давления, паросодержания, скорости потока и положения канала в про­ странстве.

Рассмотрим основные режимы течения для вертикалъно-

295

го обогреваемого канала.

Пузырьковый релям движения представляет собой та­ кую форму движения пароводяного потока, при которой паровая фаза распределена в жидкости в виде неболь­ ших по сравнению с диаметром канала пузырьков, т .е .

жидкая фаза непрерывна, а паровая фаза прерывиста. Такой режим течения имеет место при малых пароеодержаниях.

Снарядный, или пробковый, режим течения наблюдается с увеличением паросодержания, когда мелкие паровые пузыри сливаются в снаряды, поперечные размеры которых соизмеримы с диаметром канала. Такие паровые пузыри отделены от стенки тонким слоем воды, а друг от друга - водяными перемычками (пробками). Этот режим наблюдает­ ся при умеренных паросодержаниях тепловых потоков и относительно низких скоростях потока, в длинных трубах.

По мере дальнейшего роста паросодержания водяные перемычки между снарядами разрушаются и происходит слияние снарядов в сплошной столб пара - стержень - со взвешенными в нем каплями жидкости. Возникает дис­ персно-кольцевой режим течения, при котором легкая паровая фаза образует ядро потока, а жидкая фаза дви­

Под воздействием потока пара на поверхности кольцевой пленки образуются волны, гребни которых срываются и уносятся ядром потока в виде мельчайших капель. В то же время часть капель возвращается в пленку вследст­ вие турбулентной диффузии. В установившемся режиме имеет место непрерывный массообмен, при этом устанав­ ливается динамическое равновесие, определяемое балан­ сом ввода капель жидкости из пленки в поток пара. Про­ текая по обогреваемой трубе, пленка постепенно испа­

296

ряется, утоняется и исчезает. Поток переходит в дис­ персную структуру, являющуюся предельным случаем дис­ персно-кольцевой структуры. Исчезновение пленки воды сопровождается резким ухудшением теплоотдачи.

режим характерен для пленочного кипения жидкости, недогретой до температуры насыщения.

При высоких скоростях потока и сравнительно высоких объемных паросодержаниях возникает эмульсионный режим движения, при котором газообразная фаза распределена в потоке в виде мелких объемов пара, разделенных жид­ кими пленками.

Вблизи критического давления из-за резкого снижения поверхностного натяжения преобладает эмульсионная фор­ ма движения, наиболее близкая к квазигомогенной струк­ туре. Квазигомогенная структура пузырькового режима обеспечивает стабильную работу испарительных поверх­ ностей. При снарядном режиме объемы пара и воды сле­ дуют друг за другом, что может быть причиной низкочас­ тотной неустойчивости потока, пульсаций давления, плот­ ности нейтронного потока и тепловыделения в активной зоне реактора. С ростом давления вероятность возник­ новения снарядного режима уменьшается. При давлении выше 35-40 бар типичный снарядный режим отсутствует. При давлении около 100 бар снарядный режим исчезает полностью и пузырьковый режим непосредственно перехо­ дит в кольцевой режим.

При определении наиболее вероятного характера тече­ ния потока используются диаграммы режимов (или режимные"карты"), которые позволяют определить, в зависи­ мости от режимных параметров, наличие той или

297

иной структуры потока. Эти диаграммы, как правило, но­ сят эмпирический характер, а границы структурных форм проведены через переходные области. В качестве примера на рис. 7.3 показаны области существования различных режимов течения в вертикальном обогреваемом канале при давлении р = 3 5 ата. Режимы течения определя­ лись с помощью специального зонда с датчиком, меняю­ щим электросопротивление при обтекании его водой или паром [ 14 ] .

JS U /-

Рис.7.3. Характерная карта режимов течения для давле­ ния р = 35ата

В горизонтальных и наклонных каналах нарушается осевая симметрия в распределении фаз по сечению и воз­ никает расслоенный режим движения, при котором в поле силы тяжести в верхней части сечения движется преиму­ щественно легкая паровая фаза, а в нижней - тяжелая жидкая фаза . Чем меньше скорость потока и больше ди­ аметр трубы, тем больше вероятность расслоения потока.

298