Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 8

А. Калайдой. Начиная с рэ=80 кГ/см', расход насыщенной воды через диафрагму уменьшается при увеличении давления. Эти данные получены на очень коротком канале с относительной длиной 1/д=0,5, который, по мненщо авторов, практически представляет собой диафрагму. Авторы описанных отечественных исследований предлагают методы определения расходных характеристик.

Ю. А. Калайда с сотрудниками для длинных каналов 1/И>6 и М„=Π—:20'С предлагает расчетную формулу Ф = 4,43 10 ')/2(1 — ()«„)/о, ( .!2) где )),р — — 0,577; о — удельный объем высоковлажного нара. /!ля тех же каналов, но прн Лг,>20 С Ф = 4,43. 10- рг )/(рэ — рх)/э' где р„— гидравлический расходный коэффициент, определяемый справочными данными. Лля каналов 1/г(<6 во всем диапазоне изменения параметров насыщения Ф = 4.43 1О К 1~ь,(! — Г,)/ ' . «3 4) где ))се опредечяется по специально построенной номограмме рпс.

2.2. По методике ВТИ для 1/г(>6 и Л1«Рь20'С удельный рас. ход определяется по форм)тле Ф = р, У 2(р, — р,)(о', (2.15) где и,— коэффициент, учитывающий отклонение расчетного значения от действительного расхода, равный гидравлическому коэффициенту расхода на холодной воде. Йля коротких каналов предлагается пользоваться методикой, аналогичной методике Ю, А.

Калайды Лля области Л1«<20'С и 1/д>9 предполагается наличие гомогенной структуры вытекающего потока. При этом дается эмпирическая формула, учитывающая влияние па оть;чонение от изоэнтропийного истечения начальных давления и недогрева, а также геометрических характеристик канала. Большинство опытов проводилось с каналамн, имевшими диаметры сг=3 —:10 мм. Однако даже в узком диапазоне изменения линейного размера обнаруживается его влияние на расходные характеристики. Ланнос обстоятельство приобретает "ср йг е,г О,г р х г у 4 х г 7 г у 150 ьг юугги7рггОсрягрю Рнс. 2.2.

Новогранна длк опрекелевнк крнтвкеского огношеннв лав- леан» в короткнх каналак существенный практический интерес, так как в реальных условиях линейные размеры натурных каналов могут на порядок н выше превосходить исследованные рабочие участки. Наиболее полное влияние этого фактора было выявлено в работе Огасавары )83). Обнаружилось, что в некоторых случаях увеличение диаметра может сократить удельный расход более чем в два раза.

Прн определенных условиях поток, вытекающий через диафрагму, приобретает гомогенную структуру. Этн факты требуют корректировки данных, полученных в предыдуших исследованиях. рекомендуемые расчетные формулы для расходных характеристик имели следующий вид: ~7бе -)Яс(, Ьг), где 6,— теоретический расход, рассчитываемый либо в зависимости от йг и Ро, либо по формулам (2.!) и (2.2) для изоэитропийиого истечения, либо па формулам гидравлики. Прп этом в зависимости от Лт конечное давление принимается равным давлению насыщения или критическому давлению 44 при изоэнтропийном истечении.

Такое многообразие моделей само по себе является существенным недостатком. Зависимость выбора этих моделей от необоснованной размерной величины М„усугубляет этот недостаток. В результате обширный опытный материал, полученный иа воде, не может быть использован для расчетного анализа новых неводяных рабочих сред. Больше того, такие новые данные, как, например, результаты исследования диафрагм большого размера, заставляют учитывать абсолютное значение линейных размеров как самого отверстия, через которое происходит истечение, так и геометрических характеристик подводящих каналов. Это обстоятельство должно привести к совершенно неприемлемой громоздкости эмпирических формул размерной структуры.

Современный уровень знаний чрезвычайно затрудняет аналитическое решение соответствуюших задач. Однако он открывает возможность использования известной системы уравнений, описывающей процесс вскипания для обобщения опытного материала на основе методов теории подобия, при этом следует исходить из определенных положений, вытекающих из имекицнхся опытных данных и общего теоретического анализа процессов истечения самонспаряюшейся жидкости, Такой подход приводит к необходимости рассмотрения процесса адпабатиого вскипання как частного случая процесса кипения двнжушегося потока. В результате можно показать, что основными факторами, определяюшими расход самоиспаряющейся жидкости, является модифицированный критерий подобия теплоотдачи при диабатиом кипении ГЗЗ1.

В качестве определяемого фактора целесообразно ввести общее понятие о степени метастабичьности, позволяющей избежать произвольное введение многообразных моделей процесса. Естественно, что соответствующая обработка имеюще. гося опытного материала потребует преодоления ряда трудностей, однако приводимые ниже в $ З.б и Э 4.! данные позволяют надеяться, что эти трудности будут преодолены. 5 2.3. Исследование особенностей процессов истечения вскипающих потоков До сих пор речь шла о работах, рассматривающих преимушествеино только расходные характеристики. Другие свойства вскипаюших потоков, в том числе скорость истечения н природа кризисных явлений, изучались менее обстоятельно.

Оставался неизученным и механизм процесса. Унрощенные модели ввалились различными авторами только из соображений создания методов расчета, увязанных с конкретными опытными данными, Поскольку отсутствовала связь с реаль- Опыт показывает, что ири устойчнвои работе давление вдоль камеры смешения практически остается неизменным. Поэтому в сопле а активный агент должен расширяться по и:юэнтропе 5 — 2 до давления рз, соответствующего температуре насыщения Тз. Процессу охлаждения активного агенга и камере смешения будет соответствовать изобара (изотерма) 2 — д.

Располагаемая работа сократится иа величину, эквивалентную площади 1У вЂ” 2 — 1, Соответственно увеличится количество тепла, сообщаемого пассивному агенту. При неизменной температуре Тз возрастает масса пассивного агента лзз на величину Ьлзз, В обобщенной энтропийной диа. грамме нагреву увеличенного количества охлаждающей жидкости соответствует линия 1 — 2'. При изобарной конденсации в камере смешения энтропия смеси возрастает.

Эитрозии активного агента увеличится от з~ до зз, а пассивного агси. та — от зз до зз'. Общее увеличение энтропии системы составит Лз= атэс')п(Тз(Тз) +тзс'(п(Тз(Т~. (5.2П) Приращение энтропии будет характеризовать необратимость, свзюаииую с дсйствительнымп температурными переиадамп между смешиваемыми агентами.

В дальнейшем будем рас. сматривать в качестве идеалыюго процесса в иизкекторс такой процесс, в котором давление в камере смешения постояп- 1НЗЕ. Для идеального инжектора коэффициент иижекцип, равный соотношению расходов пассивного и активного агентов, определится выражением и = (зз зз) ТзФз — 1~). (5.2!) В реальном инжекторе имеют место следующие виды по.

гсрь энергии: потери в разгонном сопле (рассмотреиы в предыдущей главе); потери в сопле пассивного агента (малы и могут быть определены по обычным формулам гидравлики); потери энергии в камере смешения, обусловленныв разностью скоростей активного и пассивного агентов, термической исравиовесностью и трением о стенку; потери, связанные с кон.

денсацией при переходе через скачок уплотнения, и гидродииампческие потери в диффузоре. Следует отметить, что в разгонном сопле основным видом потерь энергии явля1отся потери от метзстабпльности Мхилкая фаза оказывается перегретой относительно температуры 11асыцзенпя в камере смешения. В этой камере наряду с процессом конденсации будет также происходить испарение капель, образовавшихся в разгонном сопле, За счет этого процесса возиикиег оцределеииый возврат энергии.

нсдопспольэованиой при расширении в сопле. Данное обстоятельстпо-- специфическая особенность инжекторов, работающих на вы- 132 гоковлажном паре, и оно может отразиться на суммарных ив терях в камере смешения. Олин из основных видов потерь — ударные потери, Оип определяются выражением (5.22) Т ., — Т. АНн, =- Лз„, 1и (Тэ /Т) 31ля определения гнлродниамическпх потерь в камере смешения нужно решать задачу, связанную с дроблением. движением и теплообмеиом в неравновесном двухфазном потоке. Если полагать, что в результате дробления образуются капли одного размера и конденсация происходит лишь иа холодных каплях при известном коэффициенте теплоотдачи, то задача сушествеиио упрошается н может быть решена.

Завершением процесса иижекипи является скачок уплотиешш, сопровождавшийся полной конденсацией парожид- (5.24) гд" йт =' %т %ы Выше было показано, что при переходе от идеально.о нагрева пассивной жидкости при бескоис ию малом температурном напоре к изобариому процессу система получает прирашение энтропии, определяемое по формуле (520). При этом считалось, что в конце кзмеры смешения температура пара равнялась температуре пассивной жидкости. Однако эксперименты показывают, что температура жидкости несколько ниже температуры пара при давлении в камере сме шеиия. Это приводит к дополнительному росту энтропии системы. Если предположить, что после удара пассивная жидкость и активный поток высоковлажного пара движутся с одинаковой скоростью и обмениваются между собой только теплом.

то суммарное увеличение энтропии спстемы за с ~ет терзнгчсской неравиовесности определяется из выражения Т,. 'ма бз„, =- пг,с' ~ и,!и = — — '" ), (5.23) Т,с глс х,, — -действительная степень сухости ча ныходс из сопла Лаваля а в сечении 1 (см. рис. 5.7, а); Т,, — действительная температура пассивной жидкости в конце камеры смешения; и, — действительный коэффициент иижекшш. Умножая (5.23) на температуру холодного источника, т. е.