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

Имеющиеся экспериментальные данные по подавленному ки­ пению удается аппроксимировать зависимостью

где а 0 — коэффициент теплоотдачи, рассчитанный в предположе­ нии, что жидкость заполняет все сечение канала. Значения кон­

чае неконденсируемый газ может полностью вытесняться из пограничного слоя, чем и объясняется совпадение результатов экспериментов на влажном паре и воздушно-водяной смеси. Капля К (рис. 95), движущаяся в направлении п к поверхности со скоростью w'n, попадая в пограничный слой, начинает взаимо­ действовать со встречным паровым потоком, имеющим скорость w"n- Отметим, что при потенциальном течении в результате испарения обычный характер изменения составляющей скорости w"x в по­ граничном слое (сплошная линия на рис. 95) может быть нарушен (штриховая линия). Встречный поток пара, реактивная сила, возникающая из-за неравномерного испарения капли, и силы термофореза действуют против инерционной составляющей, ко­ торая обусловливала сепарацию в дисперсно-кольцевом режиме, и могут полностью воспрепятствовать выпадению влаги на стенку.

Допустим, что для капли применим закон Стокса, а также, что скорость нормального парового потока Дол постоянна по толщине

231

пограничного слоя и капля имеет форму сфероида. Тогда, пре­ небрегая испарением капли, дифференциальное уравнение ее движения в пограничном слое можно записать в виде

Рис. 96. Торможение капли у поверхности нормальным паровым потоком

На рис. 96 приведены результаты расчетов, выполненных с помощью зависимости (VI.20), показывающие, как влияет диа­ метр капли на время t (в расчетах принималось, что начальная скорость капли равна половине средней скорости пара).

Перечисленные обстоятельства позволяют сделать вывод о том, что интенсивность сепарации на несмоченную стенку при прочих равных условиях ниже, чем на жидкую пленку, и должна зави­ сеть от дисперсности потока. Значительные трудности, связанные с получением монодисперсных потоков, объясняют отсутствие в настоящее время экспериментальных работ, посвященных деталь­ ному изучению этого вопроса.

На основании визуальных наблюдений отмечается что при температуре поверхности Tw ^ 220° С капли, выпадающие на стенку, принимают форму сфероида и отделяются от стенки устой-

232

чивой паровой пленкой. Интенсивность теплоотдачи при этом невысокая. Для оценки времени испарения сфероидальной капли, достигшей нагретой поверхности, может быть использована полу­ ченная в работах С. С. Кутателадзе и В. М. Боришанского зави­ симость

где

Р= г X' ’

36.Теплоотдача в переходном режимес (Тw Тs) Г

Унос влаги из пленки в результате срыва жидкости с гребней

длинных волн при RnjI > Rnfl (см. п. 35), парообразование внутри пленки и интенсивное испарение влаги с поверхности создают предпосылки для механического разрушения пленки. Пленка вырождается в пульсирующие жгуты, площадь смоченной поверх­ ности постепенно уменьшается, пока не исчезнет полностью [54]. Переход к кризису в данном случае носит не резкий харак­ тер, изменение температуры происходит постепенно. Подобные режимы, наиболее характерные для условий, возникающих в про­ точной части и системах охлаждения турбомашин, являются одно­ временно -наиболее сложными для аналитического изучения. Здесь рассмотренные выше элементарные процессы чередуются во времени и находятся в сложном взаимодействии. Привести полную систему уравнений, описывающих данный процесс, не представляется возможным; речь может идти только о прибли­ женной постановке задачи.

Приняв допущение, что при малом влагосодержании основного потока процесс обтекания можно описывать уравнением однофаз­ ного потока — уравнением Навье-Стокса, получим при обычных упрощениях, соответствующих рассматриваемой задаче, в ка­ честве единственного критерия, характеризующего аэродинами­ ческую обстановку процесса, критерий Рейнольдса R " = w"b/v (здесь b — характерный размер обтекаемого тела или текущая координата вдоль обвода поверхности в направлении дви­ жения).

Если теперь абстрагироваться от сносящего действия основного потока и рассматривать процесс теплообмена между каплями, движущимися параллельно поверхности нагрева в пограничном слое, то изменение теплового потока в элементе пограничного

233

Из данного уравнения при пренебрежимо малом торможении капель на участке dtу получается уравнение

где GK— количество жидкости в данном элементе. Отсюда можно получить еще один определяющий критерий

Для случая, когда несущим взвешенные капли потоком яв­ ляется неконденсируемый газ, можно принять, что температура капель вне пограничного слоя будет равна температуре газа Т 0.

Если температуру и давление потока в процессе обтекания принять постоянными, то отношение (VI.24) может быть связано с температурным фактором (см. гл. III) следующим образом:

Пародинамическую сторону процесса можно характеризовать количеством влаги GBbIn, выпадающей на поверхность, и режимом

Однако формула (VI. 1) не учитывает процесса испарения, про­ тиводействующего процессу выпадения влаги. Уравнение тепло­

234