Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 7

В !963 г. Залудек [6Ц опубликовал ланные о зависимости расхода от потерь лавлення при критическом течении воды в 14 различных коротких трубах 1/2(<6. Он наблюдал два типа механизмов заппрания. Первый критический расход наступает в том сечении, где давление в суживающемся потоке у входа в короткую трубу приближается к давлению насыщения воды. Происходит интенсивное местное парообразоваиие в зоне между су)кеипем потока п стенкой. Формула первого критического массового расхода имеет впд Ф = с, )' 2Р' (Р, — р), (2.8) где с, — эмпирически определенная постоянная, равная 0,6! —:0,64. Второе запнранпе напоминает явление.

наблюдаемое в потоке сжимаемого однофазного газа. Экспериментальные значения второго критического массового расхода сравнивались с результатами расчетов по эмпирическим соотношениям Бериелла [731 н Бейли [7Ц. К. С. Поляков [53[ распространил исследование на начальные давления ло 40 кГ/см', прп этом отношение 1/Н изменялось до 100, Лля расчета расходных характеристик каналов предлагается пользоваться формулой гидравлики ср = Р(2ФФИУрс2222 (2.9) где 12 — гидравлический коэффициент расхода, определяемый по расходу холодной волы; рФФ вЂ” прнвеленный коэффициент парообразованпя; ц„р=1 — 0,39(1 — р„„(р)р)црр; р,— коэффициент, учитывающий влияние длины канала; р„— поправочиый коэффициент.

учитывающий иелогрев жплкости до температуры насыщения: !2„=1+0034(! — 0024 р))М„. Работы (8, 581 значительно расширяют диапазон геометрических характеристик исследованных каналов и измеряемых параметров потока. При обработке опытных данных авторы используют ешшую упрощенную модель процесса, исходящую пз анализа механизма вскпйания реального потока. В обстоятельной монографии М. Е.

Дейча и Г. А. Филиппова (19), посвященной газоднпамике двухфазных сред, рассматриваются вопросы теории истечения вскипающих потоков с позиции гндромеханики с учетом условий кинетики реальных процессов. Однако учитывая современное состояние теории вопроса, авторы рекомендуют пользоваться для определения расходных характеристик самопспаряющпхся потоков эмпирическими формуламя К. С. Полякова. Наряду с исследованием процессов истечения самоиспаряющейся жидкости были рассмотрены случаи движения высоковлажного пара с начальной степенью сухости 0<х<0,5, Здесь можно отметить работу Е.

Штаркмана и др. (66). В этой работе исследовалось истечение пароводяных смесей из сопл Лаваля (р,~70 кГ/см'). Однако способ создания увлажненного потока перед соплом н характеристики фракционного состава влаги не приведены, Авторы дают расчетные рекомендации, исходя из модели равновесного гомогенного потока, которая удовлетворительно согласуется с опытом при х>0,!.

Для меньших степеней сухости наблюдалось существенное расхождение с опытиымн данными. Теоретическое решение Леви [48) для двухфазного критического расхода в каналах постоянного сечения основано на кольцевой структуре потока. когда пар и жидкость характеризуются среднпмн скоростямн, настоянными в каждой фазе, н донушеипем, что трение и теплообмен между фазами отсутствуют. Для подсчета расхода выводится формула б' = — 8 Ир/Лп), (2 10) где Ыо задается уравнением и=о"хз/а+о'(1 — хз)/(1 — а).

Здесь а — объемное расходное паросодержанне. Автор отмечает, что решение для критического расхода имеет максимум в области малых паросодержаний. Сравнение теоретических расчетов Леви с опубликованными экспериментальными данными по пароводяной смеси рэ до 36 кГ/см' и 0,3<х<0,9 дает совпадение с погрешностью до 5%, Рассмотренные работы выполнялись применительно к различным техническим задачам (определеяие расходных характеристик конденсатоотводников, использование вскипаюшнх потоков в качестве рабочего тела и т.

д.). В этих задачах область высоких параметров в большинстве случаев не представляча основного практического интереса. В настоящее время как в СССР, так и за рубежом на стадии проектирования АЭС проводится анализ возможных ава- рнй с разрывом трубопровода 1-го контура и предусматриваются мероприятия, локализующие эти аварии 15!!.

Составной частью такого анализа применительно к АЭС с водо. водяиымп реакторами является определение характера изменения параметров 1-го контура при потере теплоносителя и воздействие последнего на стены защитных герметичных ломещений. Проектировщиков н конструкторов прн этом в первую очередь интересуют расход и скорость истечения теплоносн. тела через место разрыва. Знание этих величин помо кет правильно выбрать характеристики систем локализации аварии и аварийного охлаждения реактора, а также позволит рассчитать воздействия вытекающей струи на элементы конструкции. Предшествующие экспериментальные исследования по истечению самоиспаряющейся жидкости пз каналов проведены прп начальном давлении воды, не превышающем р~к70 кГ/смй Несмотря на разработку термодинамических методов анализа двухфазных потоков (10), для расходных характеристик рекомендовались эмпирические необобщенные зависимости !53].

В связи с этим особый интерес приобретают новейшие исследования адиабатных критических режимоа истечения через цилиндрические каналы при давлениях, превышающих рч —- 70 кГ/см'. 4 2.2. Расходные характеристики цилиндрических каналов ирн высоких начальных давлениях Фоске (75) провел исследование с насыщенной водой в диапазоне изменения начального давления рэ— - 1,0 —:140 кГ/смв па трубках с острыми входными кромками, отношение длины и диаметру канала составляло!/д=0 —;40. Банные по истечению из отверстия (3=6,35 мм) оцениваются по гидравлической формуле Ф =0,5! )/2р (р,— р„,).

(2.1! ) В д~апазоне изменения 3<!/Н(12 расход описывается уравнением (2Л1). но вместо пщ, подставляется р,„. Фоске получил зависимость критического отношения давлений 8,:р от !/И, причем величина 8,,„, по его данным, практически не зависит от начального давления рэ и с увеличением 1/Л возрастает, достигая прн 1/И=8 значения 0,5. При дальнейшем увечпчечпн И до 40 ))„р приближается к 0,577. Ю.

А. Калайда с сотрудниками [5! провел обширные экспериментальные исследования процессов истечения из цилиндрических каналов с острой входной кромкой (рр-— 25-; —;!50 кГ/смз; Лг„=-Π—;10п*'': !/Н=0,5 —:184: И=5+9 мм). Были получены опытные данные удельных расходов н давления в выходном срезе канала в зависимости от противодавлсния. Установлея характер кризисных явлений в коротких и длинных каналах, который в целом качественно повторил результаты, колучепные К. С. Поляковым прп давлениях до 40 кГ/см'.

Опыты Ю. А, Калайды с каналами при 1/д>б достаточно хорошо согласуются с данными Фоске, однако для диаФрагм, начиная с ре=75 кГ/см', обиаруич!- вается расхождение, достигающее порядка 50')о прн 1/д=й,бт; де=140 кГ/см'. Следует отметить, что при этом значении 1/с! давления на срезе для насыщенной воды у обоих авторов совпали для всего диапазона ро 4)йп —" тлсс! !з О т д! ар 60 Лт байр д р !к~ д!! Юу еЖф, кГ/смт Рис. 2.!.

Расходные характеристики нилиндричеокнх каиалоа с острой аходной кромкой ио данным ВТИс — х — — !тл-еа: — ! ! — — !ф-ьа; — — — Лт-3; — — — — оа и, ° - — на-е Исследования, проведенные во Всесоюзном теплотехническом институте нч. Ф. З,,Чзержинского [ВТИ) [38, 41[, в основном подтвердили результаты Ю.

А. Калайды прн давлениях до 150 кГ/сма и впервые охватили диапазон давлений насыщения воды до ро=224 кГ/сма, Недостаток работы ВТИ вЂ” отсутствие исчерпывающих данных о распределении давления вдоль тракта, что затрудняет анализ условий аоз. никновенпя кризисных явлений. На рнс. 2.1 представлены результаты исследований ВТИ. Там же даны расчетные гидравлические характеристики для холодной (а) н пасы~ценной воды (Ь), Цифры на графике определяют начальную степень недогрева до температуры насыщения. Обнаружено существенное в.чияние начал«його давления рч на степень термодинамнческой неравновесности в потоке.

Предельно иеравновесный режим истечения через диафрагму, когда жидкость не успевает вскипать и на диафрагме реализуется весь располагаемый перепад давления, возможен для насыщенной воды лишь при пэ<70 кГ/см', при этом расход определяется по гидравлической формуле (2.11). Для давлений, превышающих 75 кГ/смз, расход насыщенной воды через диафрагму меньше, чем расход, рассчитанный по этой формуле. Приведенные данные подтверждают результаты, полученные ранее Ю.