Режимы движения пароводяной смеси

Режимы движения пароводяного потока оказывают сильное влияние на интенсивность отвода теплоты от поверхности нагрева. Струк­тура потока и режимы его течения при про­чих равных условиях определяются ориента­цией труб в пространстве. В зависимости от способа организации движения рабочей среды применяют различную ориентацию парообра­зующих труб.

Вертикальные трубы. При малом паросодержании и небольшой скорости пароводя­ной смеси в адиабатном потоке движутся отдельные пузырьки пара малых размеров. Та­кой режим течения получил название пузырь­кового (рис. 9.4,а). С увеличением паросодержания в случае высоких дар движущаяся смесь содержит большое количество относи­тельно небольших по размеру пузырей пара в несущем потоке жидкости — эмульсионный режим течения (рис. 9.4,6). При малых дар увеличение паросодержания приводит к объ­единению мелких пузырьков пара в более крупные, диаметр которых соизмерим с диа­метром трубы, а длина может быть во много раз больше. Эти образования пара внешне на­поминают форму снаряда, и поэтому режим течения называется снарядным (рис. 9.4,в). За кормой «снарядов» следует жидкая пере­мычка, содержащая мелкие пузыри пара.

При дальнейшем увеличении паросодержа­ния водные перемычки между паровыми об­разованиями сокращаются, образуя в итоге сплошной

паровой стержень, движущийся по оси трубы, в котором распылена часть жидко­сти. Паровой стержень окутан сплошной коль­цевой водяной пленкой, движущейся по стен­ке. Эта пленка надежно охлаждает внутрен­нюю стенку трубы. Такой режим течения получил название дисперсно-кольцевого (рис. 9.4,г). Толщина кольцевой водяной плен­ки устанавливается соотношением расходов воды и пара. При большой скорости пара и высоком давлении основная масса водяной пленки срывается и уносится каплями в по­токе пара, а на стенке остается тонкая водя­ная пленка, которая затем полностью высы­хает. В обогреваемых каналах имеют место специфические режимы движения. Так, при пленочном кипении паровая пленка отделяет поток жидкости от теплообменной поверхно­сти, жидкость заполняет центральное сечение канала. Такой режим получил название об­ращенного дисперсно-кольцевого режима те­чения (рис. 9.4,д).

Смена одного режима другим протекает постепенно без четких границ существования, и потому их можно обозначить весьма при­ближенно.

Горизонтальные трубы. Характерной осо­бенностью течения пароводяной смеси в го­ризонтальной трубе является неравномер­ность распределения структурных составляю­щих потока по сечению. Вследствие меньшей плотности пар движется преимущественно у верхней образующей трубы, а основная мас­са воды перемещается у нижней образующей. Степень асимметрии потока относительно го­ризонтали зависит от скорости смеси и диа­метра канала. Чем выше скорость, тем мень­ше асимметрия. Для трубы внутренним диа­метром 30—40 мм при относительно больших скоростях входа водына начальном участке парообразую­щей трубы образуются пузырьки пара, которые отрываясь от по­верхности нагрева, движутся со­вместно с жидкостью (рис. 9.5,а). В направлении движения количе­ство пузырьков пара возрастает, затем они, объединяясь, движутся крупными образованиями пара. Да­лее в совместное движение двух фаз включаются все большее коли­чество пара и при больших паросодержаниях потока течение в гори­зонтальной трубе приближается к осе симметричному, наблюдаемо­му в вертикальных трубах при дис­персно-кольцевом режиме течения. При малой скорости воды на входе в парообразующие трубы w<0,5 м/с) асимметрия совместного движения воды и пара приводит к оголению значительных по радиусу участ­ков трубы (рис. 9.5,б). Асимметрия потока с преимущественным движением пара у верх­ней образующей наблюдается на всем протя­жении. На участке, с которого начинается движение большого количества пара, двух­фазной поток расслаивается. Расслоенный ре­жим неустойчив. С повышением скорости по­тока на поверхности раздела фаз образуются волны, вершины которых периодически захле­стывают перегретую стенку.

При СКД рабочее тело представляет собой однородную среду. Тем не менее даже при наличии направленного движения среды СКД в горизонтальном канале в любом его попе­речном сечении имеет место свободная кон­векция, приводящая к неоднородной плотно­сти по высоте. Эта неоднородность характе­ризуется движением более легкой (менее плотной) среды по верхней образующей и бо­лее тяжелой (более плотной) —по нижней образующей канала с постепенным переходом одной среды в другую. Различие в плотностях возрастает с увеличением вертикального раз­мера канала или диаметра трубы.

В местах гибов стенка трубы омывается водой менее надежно, чем на прямых участ­ках труб. Ухудшение омывания связано с цен­тробежным эффектом забрасывания воды к наружной образующей трубы при повороте струи. При этом стенка со стороны внутрен­ней образующей трубы может оказаться без достаточного охлаждения.