РБ-040-09 Расчетные соотношения и методики расчета гидродинамических и тепловых характеристик элементов и оборудования водоохлаждаемых ядерных энергетических установок
3.1.4. ДВУХФАЗНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
Под двухфазными течениями понимается совместное течение жидкости и пара (газа). Формы движения двухфазных потоков значительно многообразнее и их законы существенно сложнее, чем для однофазных сред. Во-первых, это связано с наличием второй фазы, а во-вторых, с тем, что силовые и тепловые взаимодействия возникают не только на границах потока с твердой стенкой, но также и на поверхности раздела фаз внутри потока. В-третьих, сжимаемость пара или газа значительно больше, чем сжимаемость жидкости. Двухфазный поток характеризуется большим количеством параметров, чем однофазный поток.
Двухфазные потоки являются гомогенными, если фазы распределены равномерно по объему. В противном случае поток является гетерогенным.
Двухфазные потоки являются адиабатными, если отсутствует теплообмен между потоком, поверхностью канала и между фазами. Если фазы имеют одинаковую температуру, поток является термодинамически равновесным. Режим кипения жидкости, недогретой до температуры насыщения, и режим закризисного теплообмена являются примерами термодинамически неравновесных потоков.
В условиях работы каналов активной зоны реактора и парогенераторов при значениях относительной энтальпии, близких к нулю или единице, двухфазный поток при подводе тепла может быть термодинамически неравновесным. Пар может присутствовать в жидкости, которая в среднем не догрета до температуры насыщения. В закризисной зоне пар может быть перегрет, несмотря на присутствие влаги. Эти обстоятельства усложняют точные расчеты таких режимов.
3.1.4.1. РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В КАНАЛАХ
В парогенерирующих установках поток теплоносителя претерпевает изменения в процессе превращения его из жидкого состояния в пар. В вертикально расположенном канале наблюдаемые режимы течения можно условно разделить на пять зон, каждая из которых достаточно четко отличается от других, как по внешним признакам, так и по физическим законам описания течения в этих зонах.
Первая зона - зона течения недогретой до температуры насыщения воды, в которой течение описывается зависимостями для однофазного потока.
Вторая зона - зона перехода от начала поверхностного кипения до начала дисперсно-кольцевого режима течения. В этой области на гидродинамику потока существенное влияние оказывает количество паровой фазы. Зона охватывает пузырьковый, снарядный, эмульсионный (пенный, полукольцевой) режимы течения двухфазного потока.
Третья зона - зона дисперсно-кольцевого режима течения, в которой закон сопротивления, кроме того, определяется взаимодействием парового ядра потока с пристенной пленкой жидкости.
Четвертая зона - зона дисперсного режима течения до массового паросодержания 1. В этой зоне поток пара испытывает влияние мелкодисперсных капель воды.
Пятая зона - зона течения перегретого пара, в которой поток можно считать однофазным.
Граница начала интенсивного роста истинного паросодержания в трубах рассчитывается по формуле [1].
Относительная энтальпия, при которой начинается интенсивный рост истинного паросодержания в трубах рассчитывается по формуле [1]:
, (3.1.4.1)
где 
;
- тепловой поток, Вт/м
;
- массовая скорость, кг/м
·с;
- теплота парообразования, Дж/кг;
- диаметр трубы, м;
- вязкость воды, Па·с.
Формула проверена в диапазоне параметров: =3
15 МПа;
=0,4
2,5 МВт/м
;
400
3000 кг/м
·с;
=12 мм.
Погрешность расчета составляет ±20%.
Граница начала дисперсно-кольцевого режима течения двухфазного потока в трубах рассчитывается по формуле [2, 3]:
, (3.1.4.2)
где