привели к успеху из-за сложности явления. Эта сложность обусловлена как статистической природой изучаемого яв ления, так и разнообразным воздействием гидродинамичес ких факторов на условия теплообмена в двухфазном потоке. В последние годы удалось расширить представление о кризисе теплообмена при кипении воды в трубах. Большой вклад в изучение физической природы самого кризиса и механизма его возникновения внес В.Е.Дорощук [2 2 ] . Согласно Физической модели В.Е.Дорощука кризис тепло обмена второго рода возникает в результате перехода дисперсно-кольпевой структуры двухфазного потока в чисто дисперсную структуру (поток тумана).
Дисперсно-кольцевой поток характеризуется движени ем гомогеяной смеси насыщенного пара и мелких капель воды в канале и течением на стенке канала тонкой плен ки воды. Протекая по обогреваемой трубе, пленка посте пенно испаряется, утоняется и разрывается на отдельные ручьи, которые затем полностью высыхают. В этот момент отмечается существенное ухудшение теплоотдачи, происхо дит кризис теплообмена второго рода. Наступлению кри зиса предшествуют сильные пульсации температуры стен ки, связанные с тем, что жидкость течет между сухими пятнами в виде ручьев, границы которых непрерывно из меняются, и соответственно меняются локальные коэффи циенты теплоотдачи. Пульсации температуры стенки мо гут стать причиной коррозионно-усталостного поврежде ния трубных систем. Упаривание микропленки в начале зоны ухудшенного теплообмена сопровождается резким повышением солесодержания котловой воды, ее коррози онной агрессивности, а также интенсивным отложением солей. В испарительной зоне ухудшенного теплообмена при ос > # гр поверхность нагрева омывается влажным
и перегретым паром, при этом диспергированные в паре мельчайшие капли воды испаряются за счет тепла перегре того пара.Теплоотдача в этой зоне рассчитывается по за висимостям для однофазного потока.Следует отметить,что при наличии пленки воды на стенке обогреваемого канала
теплоотдача идет достаточно интенсивно, в то же время |
влажный пар имеет малое поглощение и слабо замедляет |
нейтроны. Это привело к разработке проектов реактор |
ных систем, охлаждаемых пароводяным потоком |
с диспер |
сно-кольцевым режимом течения. |
|
|
При исследовании кризиса теплообмена второго рода |
выдвигались и другие гипотезы, |
объясняющие |
механизм |
явления, такие, как |
срыв пленки |
воды паром, |
движущимся |
с большой скоростью, |
нарушение |
массообмена между плен |
кой и паром в результате срыва капель с поверхности пленки и турбулентной диффузии капель на стенку из ядра потока. Хотя указанные процессы и имеют место в зоне кризиса, однако они не привели к достаточно про стым идеализицованным моделям кризиса теплообмена. Согласно модели В.Е.Дорощука кризис теплообмена вто рого рода наступает при высыхании микропленки воды и не зависит от плотности теплового потока. Микроплен
ка на стенке образуется при переходе дисперсно-кольце вой структуры двухфазного потока в дисперсную, что связано только с гидродинамическими условиями течения жидкой пленки и физическими свойствами тяжелой и лег кой фаз. Образование микропленки происходит после пре кращения волнообразования на поверхности пристенной
жидкости пленки и характеризуется постоянным |
отно |
шением чисел Рейнольдса и Вебера |
|
We |
const, |
(8.53) |
------ = |
Число Рейнольдса определяет гидродинамический режим течения пленки:
|
|
|
и>, |
|
|
|
|
Re |
ПА |
|
(8.54) |
|
|
= |
|
где |
$ |
- толщина пленки. В |
зависимости от |
величины |
числа |
наблюдаются |
три основных |
режима течения |
{41 ] : |
ламинарная пленка жидкости со спокойной поверхностью,
если |
Re ■< (30 ~ 50)# |
при (30 + 5 0 )< Re < (1 0 0 ^ 0 0 ) |
ламинарная пЛенка имеет |
волнистую поверхность# тур |
булентное течение пленки жидкости наблюдается при |
Re |
=» (ЮО 7 400). |
|
|
Число Вебера характеризует соотношение силы тяжести |
и сил поверхностного натяжения в потоке: |
|
|
We = ■ |
Со |
(8.55) |
|
|
|
При использовании в качестве определяющего линейного размера толщины пленки и с учетом того, что при волно образовании работа сил тяжести g o%rotos по рядка с динамическим напором легкой фазы число Вебера для жидкой пленки имеет вид
We = |
Со |
|
(8.56) |
|
|
|
Подставляя (8.54) и (8.56) |
в (8 .53), получим |
|
р и1&*8У |
^ |
|
——- — -— |
= |
const, |
(8.57) |
6 и*. |
|
|
ПА |
|
|
|
Неизвестную величину - |
истинную скорость пара и? , |
входящую в полученное выражение, - можно определить из равенства
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.58) |
Тогда |
уравнение |
(8 .5 7 ) принимает |
следующий вид: |
|
|
|
|
У |
_ У |
|
^ |
|
|
|
|
|
|
|
(2? |
йА. |
J |
р" - c o n s t f |
|
(8 .5 9 ) |
|
|
|
|
/7 /1 |
|
|
|
|
|
где |
я- |
|
- величина |
граничного паросодержания, |
при котором |
происходит полное |
|
испарение |
микропленки. |
В уравнении |
(8 .5 9 ) комплекс |
|
- р , “Р- |
|
не |
зави - |
сит от |
массовой |
скорости |
потока, |
если допусти ть |
пропор |
циональную |
зависимость скорости |
пленки |
яАпл |
|
от мас- |
совой |
скорости |
. |
Влияние |
давления на |
указанный |
комплекс более |
точно учитывается |
множителем |
JD" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда уравнение (8 .5 9 ) окончательно примет вид
|
о |
|
-/ |
р ''i-JO' |
|
|
|
ос |
( Pus)— • - — |
= К, |
(8 .5 0 ) |
|
#x u |
' б |
|
|
|
|
Постоянная |
К |
|
может |
быть найдена |
экспериментальным |
путем . Для |
труб |
диаметром |
8 мм |
К |
= 3 , 1 * |
ТО - 3 . |
На рис. |
8.22 |
приведены |
кривые, |
рассчитанные |
по зави |
симости (8 .6 0 ) для различных давлений и массовых скоро стей для трубы диаметром 8 мм.
Как видно |
из |
рис. 8.22, с ростом массовой скорости |
и давления * у л |
уменьшается, при этом зависимость |
(8 .6 0 ) носит |
линейный характер . В расчетной практике |
рекомендуется |
использовать более простое выражение |
|
х |
- (O,920-0,DO^P)^J~ ■ (8-б1) |
Зависимости (8.60) и (8.61) подтверждены экспери ментально в диапазоне давлений 5 0 - 1 6 0 кгс/сы2 и мас совых скоростей 750 - 2000 кг/м2.сек.
рис. |
8.22. |
Зависимость л- |
= |
|
|
: |
|
|
|
|
Г - |
|
|
|
= 500 |
кг/м2.с*к; |
8 - |
J |
= |
|
|
* 1000 кг/м2сек; 3 |
- |
|
1500 |
кг/м?сек; |
|
|
4 - |
|
|
|
~ 2000 кг/м2.сек |
|
|
|
Влияние |
диаметра |
канала |
на |
д г,^ |
автор работы |
|
[36 |
J рекомендует |
учитывать |
следующим соотношением: |
|
|
JT |
= |
дг |
О |
/с/ \т |
|
|
|
|
|
|
|
/ |
/ > |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
$ Х \ 3 ) 1 |
|
|
|
|
где |
d = 8 мм, |
/7? |
= 0,15, |
рассчитывается |
по |
Формуле (8.61). Влияние диаметра можно объяснить сле |
дующим образом. |
Визуальные |
наблюдения |
за |
течением |
плен |
ки, выполненные |
в английском атомном центре Харуэлле, |
позволили установить, что прекращение волнообразования на поверхности пленки и образование гладкой микроплен ки происходит при достижении критического расхода. В этот момент происходит кризис гидравлического сопротив
ления двухфазного потока, |
который наступает при опреде |
ленном паросодержании |
х |
. Таким образом, явление |
