Основные определения

Массовый расход двухфазной смеси:

(11.1)

где - массовый расход жидкости; - массовый расход газа (пара).

Массовым расходным паросодержанием называется отношение расхода газа к расходу смеси:

(11.2)

Объемные расходы фаз находятся из выражений:

- для газа

- для жидкости

Тогда объемный расход смеси равен сумме объемных расходов фаз:

(11.3)

Отношение объемного расхода пара (газа) к объемному расходу смеси называется объемным расходным паросодержанием:

(11.4)

Связь между и устанавливается в виде:

(11.5)

Выделим контрольный объем двухфазной смеси , тогда осредненное во времени значение объема паровой (газовой) фазы составит . Отношение осредненного во времени значения объема паровой фазы к контрольному объему смеси называется истинным объемным паросодержанием:

(11.6)

В одномерном приближении можно записать:

(11.7)

где площадь поперечного сечения канала;

- длина контрольного объема смеси;

и – осредненные во времени площади сечений, приходящиеся на жидкую и паровую фазы соответственно.

Тогда находим, что:

(11.8)

Отношение (11.8) является наиболее употребляемым. Истинная скорость паровой (газовой) фазы равна:

(11.9)

Истинная скорость жидкой фазы равна:

(11.10)

Величины и называются приведенными скоростями фаз.

Сумма приведенных скоростей называется скоростью смеси

(11.11)

Скоростью циркуляции, называют скорость, которую имела бы в канале жидкость при массовом расходе, равном , т.е.:

(11.12)

Скорость смеси и скорость циркуляции связаны соотношением:

(11.13)

или

(11.14)

Величины в большинстве задач являются заданными.

В общем случае не определяют непосредственно действительные скорости фаз или действительное паросодержание в канале. Фактически важные характеристики потока не входят в условия однозначности, а являются функцией процесса и являются искомыми величинами, поэтому достаточно знать одну из этих величин.

Отношение истинных величин скоростей фаз называют фактором скольжения:

(11.15)

Поскольку , при (в отсутствии скольжения фаз, т.е. при ) скорость смеси равна истинным скоростям каждой из фаз.

Используя величины и можно определить «истинную» и расходную плотность смеси:

(11.16)

11.3. Истинное объемное паросодержание адиабатных двухфазных потоков

Нахождение связи – одна из главных задач анализа двухфазных течений.

В отсутствие локального скольжения фаз (Ф=1), т.е. в гомогенном потоке, различие истинного и расходного объемных паросодержаний связано с реальной неоднородностью потока, с изменением скорости и паросодержания по сечению канала.

Истинное объемное паросодержание и объемное расходное паросодержание связаны зависимостью:

(11.17)

где – параметр распределения.

Для пузырькового и эмульсионного режимов течения можно принять .

Формула (11.17) может быть также представлена в виде:

(11.18)

Формулы (11.17) и (11.18) справедливы для эмульсионного и пузырькового режимов течения в горизонтальных трубах.

В вертикальных каналах фаза при пузырьковом снарядном и эмульсионном режимах имеет заметное скольжение относительно жидкости, тогда:

(11.19)

где

(11.20)

Здесь – параметр, учитывающий взаимное влияние паровых пузырей; а также движение паровой фазы в виде весьма мелких пузырьков со скоростью , т.е. без скольжения;

- скорость всплытия одиночного пузыря в спокойной жидкости.

Параметр определяется по эмпирической формуле:

(11.21)

Формула (11.21) удовлетворительно согласуется с опытами для парожидкостных потоков в каналах относительно большого диаметра, в широком диапазоне давлений при и числе Бонда :

(11.22)

Скорость всплытия одиночного пузыря в эмульсионном режиме течения рассчитывается по формуле:

(11.23)

при значении .

С учетом формул (11.21) и (11.23) для пузырькового и эмульсионного режимов течения (включая процесс барботажа) имеем:

(11.24)

Для снарядного режима в вертикальных каналах значение скорости пузырька может быть рассчитано по формуле:

(11.25)

Формула (11.25) справедлива для маловязких жидкостей.

Определение представляет значительные трудности, так снарядное течение никогда не бывает полностью развитым течением, так как всякий последующий пузырь стремится догнать предыдущий и слиться с ним. В первом приближении можно использовать формулу (11.21) для определения . Значение для снарядного режима течения двухфазного потока.

Для водовоздушных потоков при пузырьковом и эмульсионном режимах рекомендуется формула:

(11.26)

а для снарядного режима:

(11.27)

где , а определяется по формуле (11.25).

При известном значении истинной скорости газа расчет истинного объемного паросодержания проводят по формуле:

(11.28)

или

(11.29)

Формулы (11.28) и (11.29) пригодны для расчета пузырькового и эмульсионного режимов течения в вертикальных каналах при , если .

При расчете парогенераторов применяются номограммы ВТИ-ЦКТИ, построенные по опытным данным.