Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 6

Если из резервуара вытекает насыщенная жидкость, про. цесс может считазься нзоэнтропнйиым. Рассмотрим изменение параметров состояния в резервуаре прн падении давления от р~ до рэ. Прн этом для всего вещества, имевшегося в резервуаре прн р» степень сухости составит хэ = (э, — зэ) Т~г,, (1.78) где э~ — удельная энтропия в резервуаре при давлении рк э, Ть г: — параметры насьгценпя при рь Конечный удельный объем с учетом (1.17) О, — — аз + (оэ — оэ) (зз — аа) Тзlгг.

(! .79) Количество вытекшей жидкости Ь6~ з = (!Я(1/о,— 1)ээ), (1,80) где !' — объем резервуара; о~ — — Р/6~ — начальный удельный объем. Пользуясь формулой (1.80), можно рассчитать зависимость для давления перед каналом ро=!(Л6) и, зная расходную характеристику этого канала. определить расход по (1.77). Степень сухости насыщенной среды, оставшейся в аккумуляторе при давлении рз. и, х,= — 'х, (!.81) б,— Лб Когда общая степень сухости расширяющейся среды достигнет некоторого значения хз„„степень сухости вещества, оставшегося в аккумуляторе, возрастет до хэ, 1. Количество жидкости, которое при этом вытечет иэ аккумулятора Л6, определится из равенства 1 — х = 1 — 86„76,.

(1.82) Здесь хэ — значение общей степени сухости по (1.78), при котором в аккумуляторе останется сухой насыщенный пар. Дальнейшее истечение этого пара будет связано с его увлаж- пением. Таким образом, хмь достигнув единицы, снова станет уменьшаться, Очевидно, что до того, как будет достигнута степень сухости хм=1, нарушится принятая схема процесса, предполагающая подвод к каналу только капельиожидкого вещества. Начнется подсос паровой фазы. Условия, когда это произойдет, определяются формой и размерами резервуара, а также его ориентацией относительно вертикали.

Анализ этого сложного процесса пока отсутствует. Уместно заметить, что здесь трудно ожидать получения каких-либо обобщенных зависимостей и, по-видимому, начинать придется с натурных испытаний. Возможен случай, когда отверстие, через которое происходит истечение, расположено в верхней области системы. Тогда внутри резервуара может образоваться зеркало испарения, При достаточно малой объемной нагрузке этого зеркала к каналу станет поступать сухой насыщенный нзр.

Методы расчета расходных характеристик канала в этом случае известны (191 Рассматривались также задачи об изменении давления прн отводе сухого пара из аккумулятора, заполненного насыщенной жидкостью ~22, 881, Глава 2. ОВЗОР ИССЛРДОВАИИИ ИСТВЧЕНИЯ САМОИСПАРЯ)ОЩИХСЯ ПОТОКОВ в 2Л. Расходные характеристики каналов при низком начальном давлении Закономерности течения испаряющейся жидкости в условиях значительных продольных градиентов давления привлекают внимание широкого круга исследователей на протяжении многих лет. Впервые вопросы истечения самоиспаряюшейся жидкости были рассмотрены Цейнером [921, Лоренцем [82), Ратно [86), Флигнером [77).

Анализировался изоэнтропийиый квазиравиовесный ноток. Авторы применяли формулы термодинамики н получали, что скорость истечения равна аз= 1 2(7~ — ~'' — гхх,), 1/ (2Л) Затем при известном значении скорости можно определить пропускную способность насадка 6 = ) (я>/о), (2. 2) где о=о'+х(о" — о'), Цейнер и Лоренц считали, что вскипающая струя будет при- обретать в выходном срезе канала давление окружающей средьь Ратно и Флнгиер предполагали, что устанавливается критическое давление„ значение которого следует определять из условий получения максимальной пропускной способности. В соплах Лаваля критическое сечение Ратно предполагал совпадающим с горлом канала. Ратно предложил формулу, учитывающую возможность начального недогрева потока воды до температуры насыщения. Опытные исследования, проведенные Адамом [69), пока. залп, что удельный расход потока при истечении насыщенной воды из насадков (р0=( —:8 кГ/сы-") существенно превышает теоретическое значение, полученное из расчета равновесного изоэнтропнйного процесса расширения, Позднее А, М.

Лилин [) 7ь А. И. Якадяя [681 также испачь- зовали для расчета пропускной способности насадков и диа- фрагм на насыщенной воде формулы пзознтропнйиого расзгя- рения. По формуле Далина результаты получаются меньшими в к' 2 раз, чец при расчете по гидравлической формуле, Приемы расчета расхода насыщенной жидкое~и, рекомендуемые И. П. Перельманом [55[, практически совпадают с рекомендацией А. М, Далина.

С несколько иных позиций процесс истечения рассматривается А. И. Якадпным [68[, Ав~ор рекомендует вычислять площадь среза для пара и жидкости и принимать проходное сечение диафрагмы равным сумме указанных площадей. Количество образовавшегося пара при этом определяется из значения потери давления на трение ЛР,„, а расход жидкости — по полной разности давлений Р» — р, Получается, что за иасадком в одном н том >ке сечении должно существовать два давлениЯ: длЯ паРа Р"=Р,— АРта и длЯ жидкой фазы Р'=р„„, Для определения расхода насыщенной воды через цилиндрическое отверстие диафрагмы Н. Н.

Солдатов [60) исходит пз следующей модели процесса, По оси протекает поток пара, смешанный с частичками воды, расширяюшийся в направлении течения; по периферии — поток неиспарпвшейся жидкости. Пар и жидкость движутся с различными скоростями. В выходном сечении диафрагмы оба потока разрушаются, образуя пароводяную эмульсию.

Давления обоих потоков в выходном сечении диафрагмь> одинаковы, Течения считаются пзоэнтропийиыми. Скорость пара подсчитывается, как для газовой среды, в предположенпп, что давление пз выходе Р»» =[ЗвР»=0,577 Р». СкоРость воды опРеделЯетсЯ по гндРав. лпческой формуле исходя из разности давлений р» — Р,р. Окончательное выражение для расхода кипящей воды определяется из уравнения ч» (2 гм 1 м » »ср Значение коэффициента 1» в зависимости от диаметра диафрагмы (с(=2 —:6 мм) изменяется соответственно в пределах 0,62 — 0,59. А. Г. Лифшиц [49, 503 предлагает расход насыщенной и недогретой до состояния насыщения воды (Р»= 1 †: 15 кГ>см') для сопл Лаваля (а 10') определять по формуле О = 1»7, $' 2 (Р» — Р„»у~и', (2.5) где Р»р — критическое давление, которое в зависимости от методов расчета (это справедливо и для расхода) может принимать различные значения.

Опыты показали, что при недо. 37 греве воды до й(,=1'С в минимальном сечении устанавливается критическое давление, которое зависит то параметров воды перед иасадком, уменьшаясь с понижением температуры. Действительное значение критического давления меньше расчетного и равно (0,65 †: 0,70) рь а фактический расход воды через насадки значительно больше расчетного. В работах Фридриха, Феттера [63, 79, 80! излагаются результаты экспериментального исследования дроссельным устроиств, проведенного в целях выяснения влияния конст. рукцин на поведение потока, пропускаемого через дроссель. иое устройство, Отмечено, что существенное влияние на расходные характеристики оказывает форма каналов и в первую очередь радиус скругления входных кромок и длина испарительного участка.

При истечении из диафрагмы насыщенной воды режим течения приближается к чисто гидравлическому (ра-— 1-:30 кГ/см'). Результаты исследований цилиндрических (!/И 35) и профилированных насадков [56, 57[ приводят к выводу о том, что процесс парообразования завершается тем полнее, чем больше длина насадка. Автор объясняет зто влиянием времени пребывания жидкости в канале. С. В. Положий [56[ указывает, что в цилиндрической части канала устанавливается давленяе насыщения, отвечающее температуре воды на входе, а парообразование происходит на расстоянии 4 — 6 мм от выходного среза канала.

По данным опытов [69, 72[, расход насыщенной воды через диафрагмы остается почти равным расходу холодной воды. Визуальные наблюдения [72) показали, что через диафрагчу проходит поток жидкости без пара, а процесс парообразования начинается за диафрагмой. А, А.

Гурченок [15), рассматривая расслоеиную модель истечения без скольжения фаз, предлагает расчетную зависимость для оценки весовых расходов: / з(Ро — ) [0.7! — 1$(г!к) ' 1 (2 6) Опыты А. А. Гурченка подтвердили данные Бенджамина и Миллера о гидравлическом характере течения насыщенной жидкости при прохождении ее через диафрагмы. Возможность кризисных явлений ие учитывалась, Модель Сильвера и Митчела [87) рассматривает двухслойный поток, полагая, что периферийный пристенный поток представляет собой сухой насыщенный пар, образующийся вследствие поверхностного испарения жидкого ядра, Процесс передачи тепла из ядра потока осуществляется только теплопроводностью.

Исходя из этих предположений, авторы предлагают зависимости для определения количества образующе- гася пара и толщины парового кольца у стенок. Расходы, опрелеленные по зависимостям авторов, оказачись значительно киже опытных. Аналогичная малель предложена Бейли [7Ц, который наблюдал метастабнльное состояние прп истечении насыщенной воды и обнаружил явление задирания в коротких трубах.

Было сделано предположение, что пар започпяет кольцевое пространства между метастабнльиым ядром жидкости и стенкой трубы, в результате чего возиш;ают условия, при которых происхолпт заппраппе потока. Критический массовый расход предлагается определять по формуле Ф=рр,)' ррр')р,— р„) . (2.7) где р — коэффициент расхода; с) — коэффициент поверхностного испарения. При опрелеленип расхода через отверстие коэффициент в принимался равным единице, Опытные данные согласуются с теоретическими с погрешностью 10Ф)Ф толька лля коротких насадков.