Нестационарный теплообмен - Кошкин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
При резком торможении струи жидкости в момент максимального значения отрицательного ускорения конца жидкого стержня происходит отрыв «снаряда». Для этого случая возник-14 Заказ 802 209
новения снарядного режима также характерны большие температурные напоры, малые массовые скорости (т. е. высокие паросодержания) и, что особенно важно, значительная длина трубопровода или наличие в нем местных сопротивлений. Последнее из-за значительных гидравлических потерь на трение или местных гидравлических сопротивлений затрудняет отвод пара и является причиной возникновения пульсаций потока.
Таким образом, возникновение и особенности снарядного режима зависят не только от определенного сочетания режимных параметров, но и от гидродинамики магистрали. При этом важное значение имеют как геометрия экспериментального участка, так и гидравлическая характеристика предвключенной и последующей за участком системы. В одной из серий опытов, проведенных авторами по исследованию снарядного режима, дроссельный кран на выходе из экспериментального участка был заменен предварительно захоложенным змеевиком длиной 3000 калибров. Это привело к тому, что снарядный режим прекращался при значительно больших температурных напорах (паросодержаниях), причем частота колебаний расхода и давления заметно уменьшилась.
Изложенные особенности возникновения и механизма снарядного режима являются причиной известных трудностей как теоретического анализа, так и, главным образом, надежного обобщения опытных данных и использования результатов исследований для расчета магистралей, отличных от тех, которые применены в опытах.
Снарядный режим пленочного кипения применительно к нестационарному охлаждению трубопровода жидким водородом теоретически проанализирован Чи [140]. Система уравнений, использованная Чи, может быть получена из общей системы одномерных уравнений (7.3) — (7.15), приведенных в § 7.2, при следующих допущениях:
1. Температура жидкости равна температуре насыщения, при этом отпадает необходимость рассматривать уравнение энергии для жидкости (7.12).
2. Скольжение фаз отсутствует, т. е. среднерасходные скорости пара и жидкости равны иж = ип — uCMi что позволяет рассматривать уравнения баланса расхода жидкости (7.5) и пара (7.6) и уравнения движения жидкости (7.10) и пара (7.11) в виде соответствующих суммированных уравнений.
3. Напряжение на стенке
(7.88)
где
Рем = = РпФ + Рж (1 — ф)
РйчО^ЖО
(7.89)
U см
(значения коэффициента трения с; не приведены).
210
4. Тепловой поток от стенки qw представлен в виде линейной комбинации тепловых потоков на участках паровой перемычки и жидких «снарядов»:
<7ш = <7чеР(1—Р) + <7снР, (7.90)
где р — среднестатистическая доля времени существования жидкости в данном сечении (аналог коэффициента перемежаемости в области перехода от ламинарного течения к турбулентному в трубах).
5. Коэффициент р определен из эксперимента по записи пульсаций температуры потока во времени и обобщен зависимостью
j_
Р = 3,72-10~5(-р^-)2, (7.91)
где </во — тепловой поток при кипении жидкого водорода в большом объеме на горизонтальной пластине.
6. Тепловой поток в паровую перемычку определен по формуле (7.87), полученной экспериментально для газообразного водорода при низких температурах.
7. Тепловой поток на участке с жидким «снарядом» представлен в виде суммы
Чся = апл (Tw — Ts) + <7во, (7 • 92)
где апл берется по формуле (7.87), a qBо — так же, как в формуле (7.91).
8. Тепловой поток в паровую перемычку расходуется только ла перегрев пара, а на участке жидкого «снаряда» — на испарение и догрев пара до его температуры в перемычке, тогда распределение температуры пара по длине определяется следующим образом:
^ 2
Т„(г) = Та вх + ~ \Sm(z)-dz (7.93)
G J ср п
о
(неясно, почему qnep отнесен к суммарному расходу G, а не расходу пара Gn).
9. Жидкие «снаряды» имеют цилиндрическую форму, диаметр равен внутреннему диаметру трубы. Образующийся пар поступает ' в имеющиеся паровые перемычки или образует новые. При этом
10. Процесс считается квазистационарным. Причины воз-
никновения снарядного режима Чи не анализирует.
При этих допущениях система уравнений, рассмотренная
в § 7.2, примет вид:
1. Уравнение баланса расхода
^СМ [РпФ Рж( 1 ф)] “ РжО^жО • (7 '
2. Уравнение неразрывности для пара
' dGn -vxqK. (7.97)
dz
3. Уравнение движения жидкости
Рж«см-^»Рж&-4- (7-98)
dz dz
4. Уравнение движения пара
Рп^см = Рп^-^-Т^- (7.99)
dz dz fa
5. Уравнение энергии для пара
G„ ^ = *dqw-vMqK. (7.100)
dz dz
6. Уравнение баланса тепловых потоков
Ят = Яп + Як —• - (7-101)
Vw
7. Уравнение баланса расхода пара
= РписмЧ> (7-102)
4
К этим уравнениям следует добавить очевидные при принятом допущении (7.94) геометрические соотношения:
ф=1—р,
периметр жидкости с учетом выражений (7.28) и (7.95)
v1K = ndfi, (7.103)
проходное сечение для пара с учетом уравнений (7.4) и (7.95)
/п = ^р(1-Р)- (7-104)
Система уравнений (7.96) — (7.104) содержит 10 уравнений с 21 неизвестной: исм, Gn, <р, qw, qn, qK, рп, рж, рж0, иж0, gz, vw, /п> ^п> ins, Рг ти, d, р, Г.
