Параметры и структура потока при кипении жидкостей в трубах.

При движении кипящей жидкости в трубе происходит уменьшение доли жидкой фазы и увеличение доли пара. Общий расход парожидкостной смеси в сечениях трубы при стационарном процессе остается постоянным:

(11.19)

Массовым расходным паросодержанием называется отношение расхода пара к расходу смеси:

(11.20)

При этом , где 0≤ ≤1.

Объемным расходным паросодержанием называют отношение объемного расхода пара (V_п, м³/с) к объемному расходу парожидкостной смеси:

(11.21)

При этом , где 0≤ ≤1.

Выражая отношение с помощью (11.20) и (11.21) получим:

(11.22)

где , при 0 < < 1.

Истинным паросодержанием называют отношение площади поперечного сечения канала занятой паром f_п к площади сечения f = f_п + f_ж:

, (11.23)

при этом , ; 0≤ ≤1.

Истинные скорости пара и жидкости связаны с истинным паросодержанием :

, (11.24)

Разность истинных скоростей фаз называется скоростью скольжения:

(11.25)

Отношения объемного расхода пара и жидкости к полному сечению канала называют приведенными скоростями движения фаз:

, (11.26)

Пусть во входном сечении цилиндрической трубы движется жидкость (x=0) с объемным расходом и скоростью, называемой скоростью циркуляции . Объемный расход пара изменяется по длине трубы, так как при парообразовании изменяется плотность смеси. Если в выходном сечении жидкость полностью испарилась (x = 1), то . При этом объемный расход , а также скорость среды увеличиваются в раз. При температуре жидкости T _ж во входном сечении, равной температуре насыщения T_н удельная энтальпия торможения равна . В текущем сечении энтальпия равна . Подведенный на участке трубы от входного до текущего сечения поток тепла расходуется на парообразование. Тогда из уравнения теплового баланса:

(11.27)

Из этого соотношения следует:

(11.28)

Таким образом, при кипении во входном сечении насыщенной жидкости массовое расходное паросодержание равно изменению удельной энтальпии, отнесенной к теплоте парообразования. Следует отметить, что если при входе в трубу жидкость недогрета < , то параметр имеет отрицательное значение и не является паросодержанием.

При движении снизу вверх в поле сил тяжести двухфазного потока в трубе с подводом наблюдается три характерные области (рис. 11.1.)

Рис.11.1 Структура двухфазного потока в вертикальной трубе.

I. – область нагрева воды (экономайзерный участок) до сечения, где T_c= T_н ;

II. – область кипения (испарительный участок от сечения где T_c= T_н, до сечения где i → i_п);

III. – область высыхания влажного пара.

На испарительном участке наблюдаются зоны:

II-а – зона с поверхностным кипением;

II-б – зона эмульсионного режима, в которой пузырьки пара распределены в жидкости;

II-в – зона пробкового режима, в которой при росте паросодержания крупные пузырьки сливаются в пробки;

II-г – зона кольцевого режима, в которой влажный пар движется в ядре потока, а жидкость в тонком кольцевом пристенном слое.

При течении парожидкостного потока в горизонтальных и наклонных трубах наблюдается существенная неравномерность температуры по сечению. Так, например, при незначительных скоростях и паросодержаниях в горизонтальных трубах наблюдается расслоенный режим течения, при котором жидкая фаза движется в нижней части трубы, а пар в верхней. Рост паросодержания и скорости циркуляции приводит к образованию пробок пара, которые могут смыкаться, что характерно для кольцевого режима течения.