CC BY
15
—; известия ,
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 226 / ' . 1976
К РАСЧЕТУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА С УЧЕТОМ КРИТИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ КИПЯЩЕЙ ВОДЫ
А. А. ГУРЧБПОК :
\
(Представлена научным семиш1ром кафедры АТППП)
При истечении кипящей воды в образующемся двухфазном потоке могут возникать кризисные явления, вызванные достижением в потоке1 Скорости звука [1]. ч
Расчет скорости звука для срёды жидкость-пар в двухфазной области можно4 провести по обычной формуле
а = ]/— V2 (лр/ду)3 м/сек. (1)
Величина &р1д& рассчитывается по параметрам паровой и жидкой фаз.
дю!яр = х (д^Чдр)8» -ь (1 -х)(д^'1др)*>. (2)
При этом предполагается, что рассматриваемая двухфазная среда представляет гомогенную структуру, параметры состояния которой и их производные непрерывны в лю(5ой точке объема, занятого средой. Размеры неоднородностей должны быть меньше, чем длина звуковой волны [2].
Выражение (2) может быть упрощено, если считать, что жидкость в смеси не сжимаема, т. е. ду'/др = 0. С учетом указанного допущения выражение (1) может быть преобразовано к виду
а = а!г ( У х 4- V —\ м!сек, (3)
V У х V") / \ 7
где \ ' / ; ' , ^ - /
а = Укръ" м/сек. (4)
Из формулы (3) видно, что скорость в парожидкостной среде зависит от термодинамических параметров среды: степени сухости х, абсолютного давления /?, отношения удельных объемов фаз а'/гЛ
Используя результаты [3], где исследовался случай истечения кипящей воды через цилиндрические насадки при различной степени завершения процесса парообразования, ниже проводится анализ возможности установления критического режима истечения.
Процесс истечения кипящей воды может быть изображен в Р—У диаграмме (рис. 1). Площадь между осью Р и кривой процесса расширения представляет величину кинетической энергии потока. Для определения возможности установления критического режима по условиям истечения проведено определение скорости звука в паровой фазе и па-рожидкостной смеси. Особенностью расчета является применение урав-
нения (3) для условий неравновесного состояния потока (перегретая жидкость) повышенное с учетом сил поверхностного натяжения давление внутри пузырьков образующейся паровой фазы. На рис. 2 приведены гра-
р
скорости истечения ио данным [3] и скорости звук# для случаев истечения кипящей воды с полной (100%) степенью завершения процесса парообразования при различных противодавлениях. Точка пересечения кривых позволяет определить параметры потока, при которых устанавливаются критические режимы истечения. Результаты расчетов для всех режимов истечения сведены в табл. 1.
Из табл. 1 видно, что величина критического давления зависит от условий истечения. Только при изменении степени завершения процесса парообразования от £= 1,1% ДО ского давление увеличивается от Р
Рис. 1
100% величина критиче-
кР = 1,2 бар до Ркр = 4,0 бар. Во
' */се*
Юо
300
Рис. 2
всех случаях наступает критический режим истечения. Величина критической скорости истечения составляет 50—120 м/сек или 1,06—0,245 скорости звука в паре при данных условиях.
Используя данные проведенных расчетов, были определены в каждом случае значения площади под кривой процесса расширения, теря-
емой из-за установления в потоке предельной критической скорости истечения пароводяной смеси. Для всех случаев была определена величина относительной потерянной площади
Значения ^ изменяются от 0,967 при 5=1,1% до 0,265 при 1 = = 100|%. Указанный пример показывает, что при истечении кипящей
Таблица 1
5, % Ркр> бар Аср/Л асм> м\сек а", м\сек ] ^кр Т7
1,1 1.2 0,11 50 0,106 472,4 0,967
3,3 1,5 0,15 54 0,114 476,3 0,89
5,64 2,0 0,2 60 0,125 480,4 0,74
11,8 3,0 0,3 72 0,148 485,8 ■ 0,54
100,0 44,0 0,4 120 0,245 489,7 0,26
воды через цилиндрические насадки при преобразовании теплового перепада в кинетическу энергию будут наблюдаться энергетические потери из-за установления критического режима истечения.
Заключение
1. При истечении кипящей воды параметры критического режима могут быть определены путем серии расчетов процесса для различных значений противодавлений.
2. Параметры критического режима при одних и тех же начальных условиях процесса истечения изменяются при изменении степени завершения паробразования.
ЛИТЕРАТУРА
1. М. Д. В а й с м а н. Термодинамика парожидкостных потоков. 1967.
2. В. В. Д в о р н и ч е н к о. Теплоэнергетика, № 10, 1966.
3. А. А. Г у р ч е н о к. Настоящий сборник.
