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

На ряс. 7.4 показаны опытные данные измерения ло­ кального паросодержания ¥ лок по высоте сечения го­

ризонтальной и слабо наклоненной трубы узким пучком гамма-лучей. Как видно из рис. 7 .4 , при малой скорости

Рис. 7 .4 . Изменение объемных паросодержаний по высоте сечения горизонтальной трубы и трубы с углом

чения близко к единице. Изменение угла наклона от 0 до

10° к горизонту менее сильно сказывается на расслоении фаз. В общем случае расслоенный режим движения может

возникать под действием массовых сил другой природы. Так, при движении пароводяной смеси в гибах под дейст­ вием центробежных сил может происходить разрушение сплошности жидкой пленки на внутренней образующей гиба. Расслоенные режимы движения является неблагоприятными с точки зрения температурного режима парогенерирущих

труб, поскольку условия охлаидения верхней части сече­ ния трубы ухудшаются.

Пузырьковый и дисперсно-кольцевой режим движения охватывают наиболее важную в ядерной энергетике область режимных параметров. Для пароводяного потока в кассетах и рабочих каналах кипящего реактора наиболее характер­ ной является пузырьковая структура. Это подтверадает-

299

ся визуальными наблюдениями над потоком при скоростях

тяговом участке переходит в снарядную структуру. Этот переход сопровождается пульсациями потока. Однако ус­ ловия перехода одной структуры потока в другую недоста­ точно определены и, по-видимому, зависят от предшеству­ ющей структуры потока и геометрии канала.

В стержневых сборках вследствие неравномерного рас­ пределения скоростей и энтальпий потока по сечению, малых зазоров между стержнями режимы движения отличают­ ся от режимов в цилиндрических трубах. В частности, в пучках тепловыделяющих элементов снарядная форма те­ чения в чистом виде не наблюдалась. Дисперсно-кольце­ вой режим течения широко используется в парогенериру­

ющих аппаратах. В связи с этим встает вопрос о характе­ ре движения жидкой пленки в условиях ее существования на поверхности нагрева. Течение жидких пленок, омыва­ емых газом или паром, имеет место в конденсационных и сепарационных устройствах. Гидродинамический анализ течения жидкой пленки тесно связан с кризисом теплооб­ мена и кризисом гидравлического сопротивления. Течение пленки может быть ламинарным и турбулентным, со спокой­ ной и волнистой поверхностью раздела фаз. Волнообразо­ вание на поверхности пленки носит сложный характер. Наряду с регулярными мелкомасштабными волнами сущест­ вуют одиночные волны с большими амплитудами и скоростя­ ми. Появляющиеся в результате деформации поверхности раздела фаз капиллярные силы соизмеримы с силами тя­ жести и вязкости, действующими в пленке.

Анализ такого течения пленки был произведен П.Л.Ка­ пицей [32 ] . Результаты решения, подтвержденные экспе­

300

риментально, показали, что процесс обтекания газовым потоком волн на поверхности аналогичен обтеканию высту­ пов на шероховатой поверхности. Начало появления волн на поверхности пленки зависит от отношения коэффициен­

в пленку. Для определения скорости пара, при которой начинается срыв капель с поверхности жидкой пленки, имеются формулы Л.К.Рамзина, Ю.Б.Лабинского, Н.А.Можарова и др.

Здесь важен тот факт, что имеются условия , при ко­ торых по мере истощения пленки при достижении критичес­ кого расхода волнообразование на поверхности пленки прекращается и она превращается в тонкую гладкую микро­ пленку. Этот процесс, как показал В.Е.Дорощук [22 ] , связан с резким изменением гидравлического сопротивле­ ния при паросодержании я: . При ос < хлрволни­ стая поверхность пленки вызывает повышенное гидравли­

§ 41. Гидравлические сопротивления при движении

двухфазного потока

При проектировании котлоагрегатов, парогенераторов, реакторов кипящего типа большое значение имеет правиль-

301

нов определение гидравлического сопротивления их паро­ водяного тракта. Поток пароводяной снеси в канале с подводом тепла является двухфазным потоком с перемен­ ной плотностью, при этом если потери давления вдоль канала невелики по сравнению с абсолютным давлением в системе, то плотность каждой фазы и сам поток счи­ таются практически несжимаемыми. В этом случае изме­ нение объемной плотности потока обусловлено только фазовым переходом при кипении жидкости. Фазовый пере­ ход и увеличение паросодериания изменяют распределе­ ние фаз, скоростей, касательных напряжений и коли­ чество движения потока. В соответствии с этим гради­ ент давления (локальная потеря) в вертикальном двух­ фазном обогреваемом потоке состоит из трех составлявцихг

изменение количества движения и на подъем смеси в поле сил тяжести.

Разность давлений между двумя произвольными сече­ ниями канала может быть представлена в виде суммы пе­ репадов за счет трения, ускорения и нивелирного на­ пора*

Нивелирный напор равен разности гидростатических давлений в указанных сечениях канала:

(7.40)

302

Учитывая, что

Яс„ - У ? * У « - ?),

интеграл (7.40) полно записать в виде

где - высота участка, в пределах которого постоянно*

Перепад давления на ускорение определяется разно­ стью количеств движения смеси на входе и на выходе из парогенерирупцего участка*

^ f * I ^ i \ o f l g £ Z = ( А * “с Л ~ ( А м Ч м ) г (7.44)

Учитывая, что массовая скорость в любом сечении кана­ ла постоянна, т .е . ( Л *сУ см)2= Ц м и}с„)Г / м 0 , и при­

нимая во внимание (7.15), выражение (7.44) запишем

303

в виде

(7.45)

Зависимость (7.45) не учитывает скольжения фаз, посколь­ ку скорость смеси рассчитана по гомогенной модели.

С учетом скольжения фаз можно показать, что

могут внести существенную погрешность при определении составляющей трения. Однако при больших давлениях и небольших тепловых нагрузках относительный вклад со­ ставляющей ускорения становится небольшим по сравнению

Гидравлическое сопротивление трения при течении двухфазного потока зависит от целого ряда определяю­ щих параметров:

304

и паросодержание определяют различные структура потока, для которых характерно различное механическое взаимо­ действие на границах раздела паровой и жидкой Фаз.При

жиме течения на границе двух фаз возникает волнообразо­ вание. При определенных скоростях потока происходит срыв гребней волн и унос жидких капель в ядро потока. Одновременно имеет место и выпадение капель из ядра потока на стенку. Эти процессы зависят от взаимного влияния скорости и физических свойств фаз (поверхност­ ное натяжение, вязкость, плотность и т .д . ) . Учесть влияние волнообразования, срыва и диффузии капель, раз­ рыва пузырей в теоретическом плане весьма трудно. Поэ­ тому характерной особенностью исследования h P Qe> яв­ ляется преобладание чисто эмпирических методов, осно­ ванных на непосредственном использовании эксперимен­ тальных материалов в форме первичных опытных данных.

В последующем эти опытные данные обобщаются на основе искусственных гипотез и идеализированных моделей. При этом рассматриваются две основные модели течения: го­ могенная и кольцевая (модель со скольжением ф аз). Го­ могенная модель используется при пузырьковом и эмуль­ сионном режимах течения, кольцевая - при дисперсно­ кольцевом режиме течения.

Сущность гомогенной модели состоит в том, что две фазы рассматриваются как одна, обладающая некоторыми средними свойствами, при этом принимается равенство линейных скоростей пара и жидкости, а также термодина­ мическое равновесие двух фаз.

Для гомогенного изотермического двухфазного потока уравнение Дарсм-Вейсбаха задниется в виде

ного потока. С учетом (7.1б) зависимость (7.48) молно выразить через скорость циркуляции и массовое паросодержание:

гом

Если коэффициент Л грм является функцией относитель­ ной шероховатости и не зависит от числе Re (что практически выполняется в парогенераторах), то (7.49) можно записать в виде

306