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

изменить картину: например, достаточно (2-^3) 10~8 г оливкового

потока на стенку. Для плоскопараллельного безградиентного течения перенос жидкости связан прежде всего с турбулентными пульсациями. Количество жидкости, выпадающей в единицу

персно-кольцевому течению в круглых и прямоугольных трубах

денных зависимостей показывает, что с увеличением скорости газа сепарация частиц уменьшается, аналогичное влияние ока­ зывает увеличение концентрации. Последнее обстоятельство, очевидно, объясняется сглаживающим влиянием на турбулентные пульсации взвешенной в потоке жидкости.

При движении газожидкостных потоков в криволинейных каналах на условия сепарации начинают оказывать значительное влияние инерционные силы. Часто влияние этих сил оказывается преобладающим, и тогда можно рассчитывать процесс сепарации с достаточной точностью. Теоретический и экспериментальный материал по сепарации в проточной части турбин при отсутствии теплообмена сО стенками канала приводится в работах [38, 88].

Различают ламинарное и турбулентное течение пленки по поверхности, а также переходную область (волновое течение). Для характеристики режима течения удобно пользоваться числом Рейнольдса пленки

226

р/ — соответственно кинематическая и динамическая вязкость жидкости при средней температуре.

В диапазоне RnjI < 50 поверхность пленки гладкая или по­ крыта мелкомасштабными волнами (рябью) и течение пленки носит ламинарный характер. Уравнение движения для такого случая течения существенно упрощается: для свободного движе­ ния пленки под действием силы тяжести вдоль вертикальной стенки, пренебрегая кривизной поверхности и инерционными силами, получим

(где п — координата по нормали к стенке), отсюда профиль скоростей в произвольном сечении пленки

среднеинтегральное значение скорости

При вынужденном движении газожидкостного потока на по­ верхности раздела фаз существуют постоянные касательные на­ пряжения т 0. В этом случае, пренебрегая массовыми силами, урав­ нение движения можно записать в виде [38]

Значение т 0 определяется так же при течении однофазной жидкости. При интенсивном массообмене через поверхность раз­ дела фаз использование зависимостей для однофазных потоков является слишком грубым приближением. Так, при интенсивной сепарации жидкости в пленку возникает дополнительное каса­ тельное напряжение

При Ипл > 5 0 кроме мелкомасштабных на поверхности пленки начинают образовываться крупномасштабные волны, имеющие неправильную форму. С гребней этих волн происходит срыв части жидкости, вследствие чего над пленкой образуется газожидкост­ ный поток с повышенной концентрацией влаги и возникает

градиент концентрации, направленный к ядру потока. Распределе­ ние жидкости в потоке при наличии срывных явлений тесно связано

ваемой с поверхности, составляет 40—70%. При достаточно больших скоростях потока на некотором расстоянии от входа в канал для плоскопаралелльного безградиентного течения режим массообмена стабилизируется и расход жидкости в пленке ста­ новится постоянным. Детальное экспериментальное исследование такого течения предпринято в работе [109]. Для плоскопараллель­ ного течения установлено предельное значение числа Рейнольдса

Rim = 75, при котором расход жидкости в пленке перестает за­ висеть от скорости газа и общего расхода жидкости. Если для жидкости в канале R' = G'/ц' ■< 75, то на достаточном удалении от входа в канал вся жидкость будет двигаться в пленке. Если R' > 7 5 , то установится дисперсно-кольцевой режим течения со стабилизированным срывом и выпадением влаги. Для такого режима по данным [109]

(VI. 11)

Здесь We = p"w"2 d/o — число Вебера; а — коэффициент по­ верхностного натяжения. Границы применения зависимости (VI. 11):

волн характер течения в ней некоторое время может сохраняться ламинарным. Однако при незначительных возмущениях течение пленки переходит в турбулентное. Область возникновения режима развитого турбулентного течения пленок различные исследова­ тели определяют в диапазоне RM = 100-^-500.

Следует отметить, что при высоких скоростях и малой влаж­ ности газожидкостного потока возможны случаи, когда устойчи­ вая пленка не образуется на всей поверхности и влага движется в виде отдельных жгутов. Такие явления наблюдались при тече­ ниях в проточной части влажнопаровых турбин [38, 88].

Теплообмен -при течении жидкой пленки вдоль поверхности, нагретой выше температуры насыщения (Ts < Tw < Ткр), обусло­ влен конвекцией, связанной, с одной стороны, с направленным движением пленки, а с другой — с образованием и движением паровых пузырей. Большой интерес для практических целей представляют режимы с достаточно высокими тепловыми нагруз­ ками, когда парообразование оказывает преобладающее влияние на теплообмен. При развитом пузырьковом кипении вынужденная конвекция практически не оказывает влияния на теплообмен; это подтверждается тем, что интенсивность теплоотдачи зависит

228

только от давления и температуры стенки и не зависит от ско­ рости потока и температуры в его ядре [3].

Процесс образования и развития газовых пузырей, носящий вероятностный характер [64], в настоящее время изучен недо­ статочно. Известно, что скорость роста пузыря можно представить в виде соотношения

где R — радиус пузыря; qrp — плотность теплового потока на поверхности пузыря; г — скрытая теплота парообразования. Отсюда может быть получено условие термодинамического рав­ новесия для сферического пузыря в неподвижной жидкости [104]:

Для того чтобы размер пузыря увеличивался, необходимо, чтобы его температура превышала Т'гр, т. е. в пузыре должно быть избыточное давление. Упрощенно связь между перепадом давления Ар и плотностью теплового потока на поверхности пу­ зыря может быть представлена в виде известной из кинетической

турбулентность на поверхности раздела фаз становится столь высокой, а пленка столь тонкой, что механизм теплоотдачи изме­ няется. В тонких пленках процесс пузырькового кипения подав­ ляется, передача тепла осуществляется только за счет теплопро­ водности, испарение происходит непосредственно с поверхности жидкости. Высказывается предположение, что подавление пузырь-

229

нового кипения происходит в том случае, когда толщина динами­ ческого ламинарного подслоя 6П0ДСЛ при турбулентном однофазном течении меньше толщины теплового пограничного слоя 6,епл.

Измерения температур в пленках при подавленном кипении показали, что величины перегрева в этом случае превышают зна­ чения, необходимые для начала развитого пузырькового кипе­ ния [157].

Рис. 94. Теплоотдача при подавленном кипении на различных режимах:

Характер изменения теплоотдачи (параметра N) при подав­ ленном кипении показан на рис. 94. В области высоких значений параметра Мартинелли

и практически не зависит от тепловой нагрузки, что характерно для теплоотдачи некипящей жидкости; по-видимому, здесь имеет место испарение при вынужденной конвекции. При малых зна­ чениях ИХ теплообмен зависит от тепловой нагрузки, т. е. имеет место пузырчатое кипение, которое уже не подавляется конвек­ цией.

230