Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 9

для нашего случая на средн|ою температуру пассивной жидкости в камере смешсиня, получаем потерю работ:способности пароводяной смеси, обусловленную термической иеравновесиостью потока; с«с«т яитж« ными свойствами потока, не было возможности создать обобщенные методы расчетного анализа. Углубленное изучение механизма вскнпаиня аднабатных потоков потребовало, с од. ной стороны, усовершенствования методов термодпнамнческого анализа равновесных течений, с другой стороны, возникла необходимость расширения числа характеристик потока, определяемых опытным исследованием. Сравнительно полный термодинамическнй анализ квазнрааиовесных гомогенных парожндкостных потоков дан в моно- графии М. Л.

Вайсмана [!01. где зшср' рассмотрены условия движения ии Й сиз«ссзт«тм этих потоков прн различных воз. с»с« действиях и определены, в част. ности, факторы, обусловлнвающп е кризн сы истечения одномерной струи . Та к ка к не учитывалпс ь явления и етастабильностн, должно было обнаружиться расхождение теоретических расходов с опытнымн данными. Это расхождение оказалось наиболее существенным применительно к самоиспаряюшнмся потокам н, по оценке самого автора, достигало в этом случае 1503~.

Поэтому классическая м' г ч термодинамика имеет в данном м« случае лишь значение составного элемента общего ана. лиза реальных вскипающих потоков, опирающегося на достаточно надежные и обширные опытные дивные. Опыты, проведенные на ка- федре «Теоретические основы от«Р теплотехники» Ленинградского Рис. 2.3, сиена зксиерииеи.

политехнического института им. тальков установки двя изме- М, И, Калинина (ТОТ ЛПИ) реиия Рсаки"и вскипающей по определению эффективной струи скорости истечения самоиспаряюшейся жидкости, основывались на размере реакции вытекающей струн. Схема соответствующей экспериментальной установки показана на рис. 2.3 [31, Рабочим телом является конденсат, образующийся в аппарате ! из пара, поступающего от котельной.

Расход определялся по мерному баку 7. Подвод горячей воды к исследуемому объекту осуществлялся гибким бронированным шлангом, влияние упругости которого оценивалось тарнров. кой при заданных температурах и давлениях. Исследуемый насадок 8 укреплялся в параллелограммном механизме, включающем в себя две тонкие стальные пластинки 4 с ограничителями 6. Подобное устройство обеспечивает свободное перемещение шланга. Система подвешивалась на двух пружинах 11, общая ось которых совпадала с продольной осью насадка. Во время тарировки между двумя пружниамн, находящимися в пзотермической «рубашке», пропускалась нить, соединяющая сопло с тарировочиыми грузами 8, Первоначальный груз уравновешивал заглушку 6 сопла 8. Параллелограммиый механизм обеспечивал свободное перемещение сопла вдоль продольной оси и исключал погрешности, связанные с отсчетом делений на шкале р, Скорость горячей воды в подводящем шланге при всех опытах не превышала ) м/с.

Подготовка установки к тарировке осуществлялась в сле. дующем порядке. Открывались краны 10 н 2, через которые соответственно подавались пар в ызотермическую рубашку с отверстиями п горячая вода к испытуемому объекту 8 при заданных температуре и давлении. Кран заглушки 6 в этом случае был открыт. Установка считалась подготовленной к тарировке в том случае, если стрелка, указывающая перемещение сопла, возвращалась в исходное положение при закрытом кране заглушки 6. В этом случае система считалась изотермичиой.

Тарировка установки проводилась с помощью дополнительных грузов 8 при закрытом кране заглушки 6, Очередное положение сопла фиксировалось после дополнительной раскачки. Затем открывался кран заглушки 6 и операция повторялась при другом грузе. Определение реак. ции вытекающей струн проводилось при тех же давлениях и температурах, что и при тарировке. После каждой серии опытов тарировка устройства повторялась. Экспериментальные данные считались достовернымн в том случае, если результаты тарировки до и после испытаний совпадалн. При исследовании истечения из сопл и насадков измерялось также распределение статического давления вдоль оси каналов.

Эти данные позволяли, в частности, вычислить реакцию струи по эпюре давления. Результаты такого расчета для сопл Лаваля совпадалп с данными непосредственного замера в том случае, если канал ие работал с перерасширен нем. Особенностью комплекса работ, проведенных в ЛПИ, является использование упрощенной модели потока, увязывающей его свойства с двухслойной структурой реального течения ~б, 7, 24, 291.

Как показано ниже, такой подход позволяет дать физически обоснованное объяснение ~лавных отличительных особенностей, обнаруженных при экспериментальных исследованиях самоиспаряющегося потока, обобщить опытный материал различных авторов и усовершенствовать ..екоторые методы инженерных расчетов. К числу опытных фактов, положенных в основу соответствующей упрощенной модели процесса, следует отнести наличие во всех случаях практически равновесного парожидкостного потока в пристеи<юм слое 128].

Анализ основных закономерностей истечения самоиспаряющихся потоков требует учета специфических особенностей кризисных явлений, возннкаюпп<х при этом (оцыты К, С. Полякова и В. А. Барпловнча в ЛПЙ) (8, 53]. Характерные результаты этих опы- ~„/~у тов приведены иа рис, 2.4. Здесь по осп абсцисс отложено относительное давление окружающей среды, а по (< у осп ординат — относитель()уя а нос давление на срезе када ь нала. Как видим, начиная с некоторого отношения =в. (-' юу ) е ру й д ууеуу(уууу,уууу.

1"нс. 24. Иаченепне относптелвнотоааа- Рар ИзвестиО, что исхояення в выколном среае кааала по дя пз обычных законоопытам К. (". полякова (ннлннарняе. мерностей газовой дискнй канал с <((<=1,6; наема<синая во' нампки, сохраняющихда прн Ре( ', 13 кг< < ) ся, кстати, для истечения сухого насыщенного пара, должно бь<ть выполнено условие: при Рпр/ро(с,]) с<Рср((<<Ров=О. ЭтоМУ СлУчаЮ Отвечает пУнктиРнаЯ гоРизоптальная линия иа рис. 2,4. Здесь р,р продолжает падать, и лишь при некотором отношении рср<ра) =))» (точка Ь) давление на срезе стабилизируется.

Современные возможности эксперна<еитального исследования вскипающих потоков ограничены. До снх нор нет надежного метода измерения локальных значений температуры потока, Основная перспектива создания принципиально новой углубленной методики эксперкменгальиого исследования вскипающих потоков связана с измерительными приборами, ие вводимыми непосредственно в канал, Однако эти новые методы окажутся достаточно эффективными только в том случае, если оии позволят Определять локальные значения характеристик потока н, таким образом, строить эпюры распределения параметров по сечению канала, Применение к исследованию самоиспаряющихся потоков метода просвечивания р-луча»<и от источника е»5г активностью 50 мКи описано в работе [4!]. $ 2.4.

Исследование сопл Лаваля Впервые экспериментальные исследования истечения из сопла Лаваля при низких давлениях были проведены Адамом в !906 г. ~69~. Опубликованные экспериментальные данные носили отрывочный и необобщениый характер, однако нх результаты позволили сделать заключение о значительном влиянии метастабильности на процесс истечения, Аналогичный характер носило большинство последующих исследований ~56, 571 Тем не менее некоторые авторы предлагалн рассчитывать расходы по параметрам критического сечения прп изоэптропнйиом расширении вскипающего потока г49, 501, Таким образом, вопрос расчета расхода через сопла Лаваля оставался по существу открытым, не говоря уже о возможности вычисления действительных скоростей истечения высоковлажного пара.

В последнее зрел~я появились предложения, направленные па использование вскипающих потоков в качестве энергетического рабочего тела, прежде всего в струйных нагнетателях различного назначения. Для этого требовалось установить возможные пределы КПД сопл Лаваля, работающих па самоиспаряющейся жидкости.