Файл: Кутателадзе, С. С. Пристенная турбулентность.pdf

О к о н ч а н и е т а б л. 2

164

Отсюда критическая плотность теплового потока, при ко­ торой в условиях (10.7.2) пузырьковый режим кипения те­ ряет устойчивость и сменяется пленочным режимом, опреде­ ляется выражением

Впервые эта формула была получена автором [89, 90]. Позднее Зубер и Трайбус [374] показали, что для модели двухфазного пограничного слоя в виде кубических ячеек жидкости с вписанными в них паровыми сферами и неустой­ чивости по Гельмгольцу — Релею критерий

(10.7.5)

что близко к среднему экспериментальному значению для воды.

Другой предельной моделью гидродинамического кризиса кипения является продольное обтекание пластины неогра­ ниченным потоком насыщенной жидкости. При больших чис­

рую предельную ситуацию, когда паровые пятна, возни­ кающие па поверхности нагрева, глубоко утоплены в тур­ булентном пограничном слое. Эти паровые пятна вытесняют жидкость в ядро пограничного слоя (рис. 10.6). Можно пред­ положить, что наиболее благоприятные условия для возник­ новения паровой пленки будут при оттеснении жидкого по­

Если паросодержанпе пристенного двухфазного слоя есть ср*, то действительный поток жидкости от стенки

165

Поток /... создается за счет кинетической энергии генерируе­ мого пара, т. е.

(10.7.8)

Отсюда находим, что при больших скоростях течения насы­ щенной жидкости

Из исследования моделей гидродинамического кризиса ки­ пения непосредственно следует аналогия гидродинамики

верхность. Впервые эта аналогия была подтверждена экспе­ риментально В. Н. Москвичевон в опытах по барботажу во­ ды через ртуть [164]. В дальнейшем пристенный кризис барботажа был подробно изучен И. Г. Маленковым [39, 94, 151]. Приведенные иа рис. 10.7 данные об изменении элект­ росопротивления пристенного двухфазного слоя отчетливо иллюстрируют указанную аналогию. Минимум на кривой про­

слияния пузырей. За точкой максимума проводимость умень­

Рис. 10.7. Изменение электросопротивлении при­ стенного двухфазного слоя с увеличением расхода газа при барботаже (а) и пара при кипении (б)

[94].

166

растут за счет испарения жидкости, этот рост может продол­ жаться и после отрыва от поверхности нагрева. В резуль­ тате около стенки существует сток жидкости мощностью, рав­ ной массе генерируемого пара. Соответствующего механиз­ ма при барботаже нет. Однако это различие не сказывается существенно па интегральных характеристиках процесса, так как движение газовых (паровых) пузырей вызывает переме­

ская часть которого перпендикулярна вектору скорости, этот коэффициент равен 10; несферические пузыри в своем дви­ жении увлекают массу жидкости, заметно большую собст­ венной массы.

На рис. 10.8 приведены данные о значении критерия ус­ тойчивости k при барботаже в условиях свободной конвек­ ции в зависимости от свойств пары газ — жидкость. Отчет­ ливо наблюдается возрастание значения критерия с ростом молекулярного веса газа т.

Параметр

можно рассматривать как специфическую модификацию чис­ ла Маха, т. е. характеристику сжимаемости газожидкостного слоя. Здесь R — универсальная газовая постоянная.

Наиболее существенным различием процессов кипения и барботажа является возможность конденсации пара в ядре потока, имеющем среднюю температуру меньше температу-

167

ры насыщения. При турбулентном перемешивании влияние недогрева на критическую плотность теплового потока до­ статочно хорошо описывается формулой

где <7„р,о — критическая плотность теплового потока в насы­

При больших газосодержаниях и значительных приведен­ ных скоростях течения фаз жидкость образует на стенке сплошную пленку с достаточно гладкой поверхностью, а газ,

где ф — объемное газосодержание потока в целом; R, R0 — текущий и внутренний радиусы трубы. Распыл и унос части жидкости газовой струей учитываются коэффициентом

х - — ( 1 0 . 8 . 2 )

где x — весовое содержание жидкости в струе газа.

Для выяснения основных качественных особенностей рас­ сматриваемого течения ограничимся приближением, в кото­

где £о— условный (приведенный к U0) коэффициент гидрав­ лического сопротивления двухфазного потока и D = 2R0 — диаметр трубы. При этих условиях из (10.8.1), не учитывая члены порядка у\, получим

у | = Л { ( 1 - ф ) 1 п ^ + ( 1 _ , / 5 ) ^ 1 . » - »

(10.8'.4)

168