Файл: Зысина-Моложен, Л. М. Теплообмен в турбомашинах.pdf

В уравнениях (V.89), (V.91)—(V.93) определяющим размером является удвоенная высота зазора 6, определяющей скоростью — среднерасходная скорость в зазоре, а коэффициент теплоотдачи отнесен к полной поверхности теплообмена.

'Рис. 92. Интенсивность теплообмена в прямоточных уплотнениях по данным различных авторов:

------------- [71 ] ; -----------— [86];------------------- [100];

---------------- — [163]

В уравнении (V.90) за определяющий размер выбрана удвоен­ ная высота камеры лабиринта, за определяющую скорость — скорость в зазоре под гребнем, а коэффициент теплоотдачи отнесен к гладкой поверхности (без учета гребней).

Формула (V.91) соответствует данным, полученным в работе [250] для плоской оребренной поверхности.

Численные значения критерия Nu, полученные в работах [71, 86, 100] в исследованном диапазоне изменения чисел R, оказались близкими друг другу, расхождение не превышает

221

Г Л А В А

ТЕПЛООБМЕН ПРИ ДВИЖЕНИИ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПОТОКОВ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБИН

34. Особенности теплообмена при движении газожидкостных потоков

Среди проблем, возникающих при проектировании турбин, особое место занимают вопросы теплоотдачи к газожидкостным потокам. Взаимосвязь процессов переноса вещества и энергии двухфазных, в частности газожидкостных, потоков очень сложна. Это объясняется значительно большим многообразием по сравне­ нию с однофазными потоками режимов течения в пристеночном слое и значительным влиянием на режим течения величины тепло­ вой нагрузки и теплового состояния поверхности. Последователь­ ные теоретические методы расчета таких систем в настоящее время не разработаны, поэтому решающее значение имеют эксперимен­ тальные исследования.

Классификация режимов течения газожидкостных потоков основана на изучении течения в круглых каналах. Различные авторы выделяют здесь около 10 режимов течения. Перечислим основные из них, представляющие наибольший интерес для рас­ сматриваемых в настоящей книге вопросов:

1)дисперсный режим течения, при котором вся влага содер­ жится в потоке в виде отдельных взвешенных капель и пленка на стенке канала не образуется;

2)дисперсно-кольцевой режим, при котором часть влаги дви­ жется в виде пленки по стенке канала, а часть взвешена в потоке;

3)кольцевой режим, характерный для меньших массовых скоростей, при нем вся влага движется в виде пленки по стенкам канала;

4)расслоенный режим, при котором вся жидкая фаза дви­

жется по нижней образующей канала; такой режим возникает в горизонтальных трубах при очень малых значениях массовых скоростей;

5) снарядный (толчкообразный) режим, при котором относи­ тельно большие объемы только жидкости и только газа следуют друг за другом.

223

Границы различных режимов течения носят условный харак­ тер, так как переход от одного режима к другому осуществляется постепенно.

Многочисленные исследования адиабатного движения влаги в проточной части турбин показывают, что только в начальный момент выпадения влаги (при скачке конденсации) поток имеет монодисперсную равномерную структуру. Вообще же характер течения газожидкостного потока в проточной части близок к дис­ персному и дисперсно-кольцевому режимам. Специфика заклю­ чается в том, что условия образования, сепарации и дробления жидкости, а следовательно, и режимы течения в пристеночном слое в этом случае более сложны и многообразны, причем дисперс­

где скорости потока обычно небольшие, жидкость в основном движется по стенкам канала, что соответствует кольцевому или расслоенному режимам течения. Наконец, в охлаждающих ка­ налах может существовать любой из вышеназванных режимов течения газожидкостного потока. Наличие теплообмена на стенке канала приводит к существенным изменениям в пристеночном слое и увеличивает многообразие режимов.

Рассмотрим некоторые критические явления при кипении. При определенной тепловой нагрузке число центров парообразо­ вания на поверхности, около которой кипит жидкость, становится настолько большим, что паровые пузыри смыкаются и между жидкостью и стенкой образуется сплошная паровая пленка. Теплоотдача при этом резко ухудшается, наступает так называе­

зана одна из экспериментальных кривых изменения коэффициента теплоотдачи а при кипении воды в свободном объеме при атмо­ сферном давлении. Докризисному состоянию соответствует кри­

(теплоотдача ухудшилась в 25 раз). При этом перегрев стенки достигает 740° С. После наступления кризиса теплообмена для возвращения к докризисному состоянию необходимо значительно снизить тепловую нагрузку, чтобы жидкость вновь могла вступить

вконтакт с поверхностью. На рис. 92 это соответствует переходу

кточке 2, из которой процесс скачкообразно переходит в точку 2'

на кривой А. Обратный переход с кривой Б на кривую А оказался возможным при <7кр2 2-105 Вт/м2, что соответствует перегреву поверхности примерно на 80° С. В зависимости от условий про-

224