Характеристики движения пароводяной смеси

Основные характеристики течения парово­дяного потока:

Скорость циркуляции м/с — скорость воды при температуре насыщения, соответст­вующая расходу рабочего тела в трубах:

Массовая скорость среды w_p (воды, пара, пароводяной смеси). Охлаждающее действие потока зависит не только от его скорости, но и от плотности. Охлаждающий эффект потока принято оценивать по произведению этих параметров, т. е. через массовую ско­рость , представляющую собой массовый расход, отнесенный к единице сече­ния трубы:

где — массовый расход пароводяной смеси через систему труб, кг/с (при поступлении воды в парообразующие трубы);- сечение для прохода рабочей среды, м²; — плотность воды при температуре насыщения, кг/м³.

Приведенная скорость воды , м/с — скорость, которую имела бы вода, проходящая через данное сечение парообразующей трубы, при условии, что она занимала бы все ее се­чение:

Приведенная скорость пара м/с — скорость, которую имел бы пар, проходящий через данное сечение парообразующей трубы, при условии, что он занимал бы все ее сечение

где — массовый расход пара через систему труб, кг/с; —плотность пара, кг/м³.

Относительная скорость пара , м/с. Истинные скорости воды и пара отличаются от расходных, так как в реальных условиях в совместном движении вода и пар, составля­ющие пароводяную смесь, движутся не с оди­наковой скоростью,

В восходящем потоке пар движется быст­рее воды, т. е.;

Относительная скорость пара оказывает существенное влияние на закономерности дви­жения пароводяной смеси.

Массовое паросодержание х — массовая доля расхода пара в потоке пароводяной сме­си при w_п =w_в

Для равновесного термодинамического те­чения массовое паросодержание выражают также формулой

- сматриваемом сечении системы труб, кДж/кг; i' — удельная энтальпия воды на линии насы щения при давлении в данном сечении кДж/кг;—теплота фазового перехода пpи том же давлении, кДж/кг. Массовое водосодержание

Скорость пароводяной смеси м/с.

В свою очередь массовые расходы, кг/с, воды и пара соответственно равны:

Используя выражение для скорости циркуля­ции, запишем:

где Vв и Vn — объемные расходы воды и пара, м³/с.

После подстановки G_B и G_n в по­лучим:

Скорость пароводяной смеси записывается как отношение суммы объемных расходов со­ставляющих ее компонентов к суммарному сечению для

Подстановка из уравнения в дает:

которая переписывается так:

откуда

Известно также, что

Часто бывает необходимо выразить w_cм через массовое паросодержание Принимая во внимание, что сумма сечений, занятых па­ром f_п и водой,

Подставляя в значение v_cм из, получаем:

а с учетом

Объемное расходное паросодержание ветта. Объемная доля пара в потоке пароводяной смеси при одинаковой скорости воды и пара называется объемным (расходным) паросодержанием

Рис. 9.1. Зависимость объемного паросодержания х от массового паросодержанияпри различных давлениях.

На рис. 9.1 показана связь между массо­выми объемнымпаросодержанием пото­ка. При низких давлениях очень велико влия­ниев области его малых значений. С ростом давления это влияние уменьшается. При лю­бом давленииуменьшается с ростом х. Эти закономерности оказывают существенное влияние на режимы течения двухфазного по­тока в трубах и их температурный режим.

Напорное (истинное) паросодержание — доля сечения трубы, занятая паром,соот­ветствующая истинной скорости воды и пара:

Напорное паросодержаниеотвечает на­личию относительной скорости парат. е. Как отмечалось ранее, расходное па­росодержание предполагает равенство скоро­стей пара и водыСвязь между этими параметрами течения

Обозначая w см/wп=c, получаем:

При подъемном движении

В опускном движении

Если принять wп = wв = wсм, то с=1,

откуда

Коэффициент пропорциональностихарак­теризует отношение скоростей пароводяной смесии действительной скорости пара и потому учитывает относительную скорость параС повышением давления относительная скорость пара падает и по мере прибли­жения к критическому давлению

По длине равномерно обогреваемой паро­образующей трубы массовое паросодержание изменяется линейно, приобретая крайние зна­чения; на входе , на выхо­де (рис. 9.2). В то же время объемное паросодержание и истин­ное ф, имея на входе также нулевые значения, резко возрастают на начальном участке кана­ла. Далее интенсивность ростаиубывает, приобретая в конце парообразующей трубы максимальное значение, равное единице. С повышением давления

иприближаются к заначению х.

Рис. 9.2. Изменение ветта, ф и х по длине па­рообразующего ка­нала.

Напорное паросодержание является важ­ной характеристикой потока, поскольку оно отражает реальное распределение воды и па­ра и их индивидуальные скорости в совмест­ном движении пароводяной смеси.

Действительная скорость воды

Действительная скорость пара

Расходная плотность пароводяной смеси р_см, кг/м³ — плотность, соответствующая оди­наковой скорости воды и пара:

Рис. 9.4. Режимы течения пароводяной смеси в вертикаль­ных трубах.

а — пузырьковый; б — эмульсионный; в —снарядный; г — дисперс­но-кольцевой; д — обращенный дисперсно-кольцевой.

циркулирующей воды к количеству получае­мого пара за один и тот же промежуток вре­мени

Относительная ско­рость пара при восходя­щем движении приводит к уменьшению доли сече­ния, занятой паром и соответствующему увели­чению доли сечения, за­нятой водой , в связи с чемС ростом давления

Кратность циркуля­ции К — величина, об­ратная массовому паросодержанию, выражает отношение количества

Действительная (истинная) плотность па­роводяной смеси кг/м3, соответствующая истинным значениям скорости пара и воды, определяется на основании следующих рас­суждений. Выделим элемент трубы высотой заполненный пароводяной смесью (рис. 9.3). Представим далее весь пар и всю воду в виде соответствующих элементарных объемов. Части сечений, занятые паром и во­дой, обозначима сумму ихСоответ­ствующие значения массы обоих компонентов выражаются через и, сумма которых равна массе выделенногообъема па­роводяной смеси Отсюда получаем вы­ражение для действительной плотности смеси