Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 16

Можно предполагать, что с ростом абсолютного значения се. чення канала зона образования паровых пузырей на стенке должна расшириться пропорционально квадрату диаметра. В то же время объем паровой эмульсии, примыкающей к входному отверстию, должен возрасти пропорционально кубу диаметра. Поскольку при аднабатном кипении основной процесс испарения протекает в объеме эмульсии, логично ожидать снижение общей мстастабнльности потока с увеличением абсолютных размеров отверстия, через которое порнсходит истечение. Рост абсолютного значения диаметра отверстия интенсифицирует туроулентный перенос н двухфазном потоке, что является дополнительным фактором, снижающим метастабильность. Увеличение начального давления и снижение начального нсдогревз уменьшают Я,э„.

Это в свою очередь увеличивает число действующих центров парообразовання иа данной поверхности. Соответственно увеличивается количество пузырей в по~оке и развивается поверхность раздела фаз. Исходя из предпололгсння, что степень метастабпльности потока в данном случае целиком определяется кннетикой процесса парообразоаанпя, крнтерпальное уравнение, характеризующее расход и соответствии с (3.44 н 3.45), примет внд т =. г'(Е, Рг', Кс)). (4.1) При анализе опытных данных Огасавары прежде всего нами была поставлена задача выяснить границы существования гидравлического режима истечения. Оказалось, что в данном случае определяющий критерий может Г>ыть сведен к произведению комплексов Кс) и Рг'. Критерий геометрического подобия применительно к диафрагме сводится к огпошенщо ее диаметра к диаметру подводящего канала.

В опытах этот размер оставался нензмеиныи. Ориентировоч- ные расчеты по методике, нзложенной в з 1.6, нозволнли считать, что соответствующнй эксперпментальный материал относится к случаю истечения нз сосуда достаточно большого объема. Результаты произведенной Ф Р. Латыповым 1331 обработки опытных данных Огасавары представлены на рис, 4,!,б. Здесь по осп ординат отложена степень метастабильности, а по осп абсцисс — определяющий комплекс Кп Рг'. Как видим. можно обнаружить четко выраженную границу перехода от гидравлического режима истечения к режиму, прн котором обнаруживается вскнпанне вытекающего потока. Этой границе отвечает следующее значение определяющего комплекса: (КйРг'), = 58 10'ь.

14,2) Прн (Кг1Рг')„р<58-!Ом независимо от давления и диаметра днафрагмы режим истечения носят гндравлнческий характер. Прн ббльшнх значениях этого комплекса, когда обнаруживается парообразование, экспериментальные кривые расслаиваются по диаметрам, что свидетельствует о влиянии дополннтельных факторов на процесс развдтпя кипенна. На рис. 4.1, б перенесена с рис. 4.1, а экспериментальная кривая ВТИ, относящаяся к короткому цилиндрическому насадку с 1/Н=0,5. В области (КйРг') >58 ° 10" обнаруживается влияние на степень метастабнльностн гидродинамнческих характеристик йе' илн Ре', а также отношения плотностей фаз р"(р'.

Прн этом соответствующее критернальное уравнение приобретает вид (4.3) Такое усложнение функциональной связи, на наш взгляд, можно объяснить влиянием, с одной стороны, интенснвностн парообразовання в объеме двухфазного потока, связанного с влиянием Ре', с другой стороны, на метастабпльность вытекающей струи должна влиять граннца перехода от пузыратой структуры к дисперсной, Эта граница, как ранее отмечлось, определяется отношением р"'р'.

Для теплообмена при развитом кипении нзвестиыс расчетные формулы пмеют вид (4.4) В 6 3.6 высказывалось предположенне о целесообразности использования комплекса Иное в качестве величины, определяющей степень метастабильностн струи самоиспаряюшейся жидиости.

При этом с учетом (4А) зависимость (4.3) примет внд и =)(0)п„, Ре', р"/р'), (4.5) Вводя критервй Стантоиа Вт=йп /Ре', (4.5) вместо (4.5) получаем „=)(51, р)р). (4.У) Обработка опытных данных Огасавары, приведенная на рис. 4.1, б для области (К4Рг') >58 ° 10'", позволила получить следующую завпсиьюсть, соответствующую общему выражению (4.7): т=1 — ьй, (4.8) где + „6', з, — 5 85; = 0,855. !00 (р"/р ) + 1,606 В заключение отметим, что приведенную обработку опытных данных следует рассматривать прежде всего как свидетельство целесообразности использования принципов исследования процессов кипения для обобщения расходных характерпсгнк самопспаряюшейся жидкости.

Для практических расчетов полученные крптериальиые зависимости требуют уточнения иа основе специально проведенных опытов. Это связано со следующими обстоятельствами. В экспериментах Огасавары в процессе опыта абсолютное значение давления перед диафрагмой снижалось на несколько процентов. При этом в сосуде, к которому примыкала диафрагма, должно было возникать парообразование. Если свободная поверхность оказывалась достаточной для непосредственного выделения этого пара, данное обстоятельство не должно было сказываться на расходных характеристиках диафрагмы. На. против, в случае образования паровых пузырей на всей поверхности стенок сосуда должно было меняться паросодержание эмульсии перед диафрагмой. Тогда в число определяющих факторов в основном крнтернальиом уравнении должен быть включен критерий тепловой гомохронности, характеризующий темп парообразования в сосуде.

Имеющиеся опубликованные данные не позволяют с достаточным основанием оценить этот фактор, В 4.2. Кризисные явления в каналах Различные режимы критического истечения вскипающих потоков зависят от той структуры, которая формируется к выходному срезу канала, Если эта структура однородна н й справа от сечения гу подчиняется обычным т. е. запирающее сечевыходиым срезом, Если оказанной на рис. 3.2,6, котором возможны раз- соответствует области, расположснно на рис.

3.2, а, то процесс истечения газодинамическим закономерностям, ние канала всегда совпадает с его структура характеризуется схемой, н возникает двухслойное течение, при личные модификации кризисных явлений. Первый случай характерен только для каналов большой длины йз или большо~о диаметра при относительно высоком давлении. Во всех остальных случаях иепзбежно образование двухслойного потока.

При истечении двухслойного потока через диафрагмы и короткие насадки, как правило, образуется лишь одно критическое сечение, л,а совпадающее с выходным срезом канала. Однако в каналах достаточной длины могут существовать два сечения, в которых выполняется условие ф~/~р- О. В однофазиых потоках это Р,~ может иметь место лишь в том случае, если, например, при входе в цилиндрический канал установлена диафрагма.

Во вскипающих потоках вследствие их двухслойной структуры, два кри- Ь„ тическпх сечения могут воз- йа пикнуть и в каналах по. стоянного сечения. ~хФ При этом первое критическое сечение будет лнми- р,а тнроеать расход, а второе критическое сечение, совпа- Ф дающее с выходным срезом канала, ограничит падение конечного давления. д Ю еа аа На рис.

4.2, а показан в качестве примера случай истечения вскипающей воды Ю 7Ю 1,аач Рис. 4.2, Кгвэаеиы; ивнении и ив лвнхрикеекик каналах при рм 603 кГ/см'; Л/,=2 —:20'С через цилиндрический канал с плавным входом, диаметром 3 мм и длиной 150 мм. Замерялпсь расход и распределение давления вдоль осп канала. Здесь по оси абсцисс отложено отношение местного давления р к начальному давлению рм кривые соответственно относятся к различным недогревам, уменьшающимся с равными интервалами температур в диапазоне 2 — 20'С, На рнс, 4.2, б приведены опытные данные ВТИ (41), полученные на цилиндрическом канале с острой входной кромкой длиной 120 мм и диаметром 3,6 мм при рм — -70 кГ/см'.

Изменялось значение ЛГ, в интервале 0 †1' С, Во всех случаях режим истечения был критическим и расход не зависел от протпводавленпя. Здесь возможны два режима истечения, При малых недогревах (лг„~ 11,4') на расстоянии порядка 2,5 1/и от входной кромки наблюдается слабо выраженный минимум давления. Зона последующего восстановления давления имеет переменную длину, При режимах Лг .2),3'С наблюдается четко выраженный минимум давления, расположенный на расстоянии около //е/=6 от входной кромки. Последующие максимумы давления также имеют фиксированное положение, отстоящее от входной кромки на расстоянии /Мж 9. С ростом ЛГ„ увеличивается амплитуда максимума ьь минимума давления, но положение соответствующих сечений практически не меняется. Максимальное давление оказывается близким к давлению насьпцеиия при Гм.

Обработка опытных данных подтвердила, что при режимах ЛГ„=21,3 —: —;142'С расход соответствовал расчету по формуле (1.53) с постоянным коэффициентом расхода в предположении, что р=р,. Коэффициент расхода р<1 оставался неизменным и оказался достаточно близким к значению, определенному для холодной волы. Аналогичный результат был получен нами при подобных режимах истечения в условиях, когда канал имел закРУгленнУю входнУю кРомкУ и Рм<10 кГ/сые, Закономерности формирования двух описанных выше режимов течения имеют обоснованное объяснение. С помощью формулы (1.38) может быть вычислен педогрев, соответствующий предельному режиму течения Лг„р.

Указанная фор. мула выведена прп отсутствии работы диссипативных сил. В данном случае будут иметь место потери у входной кронин. Соответственно возрастет величина Л/,р, обусловливающая возникновение предельного режима, Если учесть потери давления прн входе, то начальный недогрев, отвечающий наступлению предельного режима: Здесь ЛТ,п — предельный нелогреа по формуле (1.38); с„„— коэффициент местного сопротивления вхола; а — коэффициент сужения струп Расчет по формуле (4,9) показал, что лля случая, рассмотренного на рис. 4.2,б, йТ'щ,—— 18.1'С.

Таким образом, оказывается, что в ланном случае кривые б/„= — 0 —:11.4'С соответствуют лопредельным режимам истечения, кривые Л/„=65 —:142' С вЂ” сверхпрелельным режимам, а б/„=21,3'С почти совпадает с расчетным значением предельного недогрева. При сверхпрелельном режиме истечении самоиспаряю. щейся жидкости прямой скачок уплотнения, возникающий в образовавшемся парожплкостном потоке, как было показано в гл, 1, сопровожлается полной конленсацпей паровой фазы, Поэтому естественно, что в сечении, где лавленис достигает максимума, темпера~ура потока оказывается близкой к (юь В случае истечения через короткий насадок сверхзвуковой по~ок.

образовавшийся за вхолной кромкой, беспрепятственно вытекает в окружающую среду. В более длинном канале его последующая часть ограничивает развитие сверхзвукового потока, что и порождает возникновение скачка. Естественно, что возлействие, возникающее за ударным фронтом, никакого влияния на условия входа в канал оказать ие может. Поэтому расхол оппелеляется только условиями вхолз в канал. Режимы М,,=-21.3 †' 142' С сопро. вожлаются типичными кавптаипоннымп процессамп, которые, как внлнм, характеризуются черелованием алиабатного вскипания потока и его скачкообразной полкой конденсацией. Соответствующий пропесс применительно к течению в сопле Лаваля иллюстрируется на рис, 4,7, б.