РД 24.035.05-89 Методические указания. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС

     9.2. Описание диаграммы для расчета кризисных процессов и границ режимов течения

9.2.1. Для описания кризисных процессов и границ режимов течения адиабатных потоков используется координатная система

,

где - критерий Кутателадзе;

- модифицированный критерий Фруда.

Величины и следует рассматривать как безразмерные скорости пара и жидкости. При этом критерий Кутателадзе характеризует кризисные условия начала деформации поверхности раздела фаз и начало структурных изменений в двухфазной системе, а критерий Фруда определяет соотношение приведенной скорости тяжелой фазы и скорости движения единичного снаряда или крупного пузыря. Коэффициенты и , входящие в критерий Фруда, рассчитываются по следующим формулам:

,

где - критерий Вебера;

при 10; 0,707 при 10.

Здесь - критерий Рейнольдса.

Для большинства практических случаев 40, 10, при этом коэффициенты и будут иметь следующие значения: 0,484; 0,707; 0,345.

9.2.2. Общая характеристика диаграммы и ее связь со схемой движения двухфазного потока показаны на черт.18. Диаграмма характеризует кризисные процессы, которые определяют изменения режима течения и ограничивают области существования режимов. Она позволяет проследить взаимный переход отдельных кризисных процессов и предельные закономерности. Первый квадрант диаграммы характеризует спутное подъемное движение сред, второй квадрант - восходящее движение пара или газа и нисходящее движение жидкости, третий квадрант - спутное опускное движение сред.

Диаграмма режимов течения вертикального двухфазного потока

Режимы: I - пленочный (устойчивое течение пленки без срыва капель); II - снарядно-пузырьковый; III - пенообразный; IV - дисперсно-кольцевой (неустойчивая пленка на стенке, капли в ядре потока)

     
Процессы: 1 - захлебывание; 4 - опрокидывание; 5 - разрушение снарядов; 6 - разрыв водяных перемычек между снарядами или пузырями в ядре потока; 7 - срыв капель с поверхности пленки

     
Предельные линии: 2 - 3,2; 3 - 1

     
Черт.18

9.2.3. Взаимосвязь кризисных процессов и режимов течения в различных квадрантах диаграммы устанавливается с помощью кривых 1-7 на черт.18.

Второй квадрант диаграммы. Кривая 1 характеризует процесс "захлебывания", обусловленным потерей устойчивости границы раздела фаз. Горизонталь 2 является асимптотой для кривой 1 и определяет предельную скорость пара (газа) для этого процесса. Вертикаль 3 является второй асимптотой для кривой 1 и определяет максимальную скорость жидкости для процесса "захлебывания". Кривая 1 и оси координат ограничивают область I устойчивого стекания пленки без срыва капель (пленочный или кольцевой режим). Выше и левее кривой 1 двухфазное течение невозможно.

Первый квадрант диаграммы. Горизонталь 4 характеризует кризисный процесс "опрокидывания" течения пленки и при 1 является нижней границей дисперсно-кольцевого режима IV или верхней границей пенообразного режима III. Процесс "опрокидывания" является предельной стадией развития процесса "захлебывания", и поэтому горизонталь 4 может рассматриваться как продолжение кривой 1. Горизонтальный участок кривой 5 определяет при 1 нижнюю границу пенообразного режима III или верхнюю границу снарядно-пузырькового режима течения II.

Третий квадрант диаграммы. Кривая 6 ограничивает на диаграмме справа область снарядно-пузырькового режима II и характеризует процесс разрыва водяных перемычек между снарядами или пузырями в ядре потока. Вертикаль 3 является также асимптотой и для кривой 6. Кривые 1 и 6 взаимно продолжают друг друга и пересекают ось абсцисс в точке, характеризующей неподвижное положение снаряда или крупного пузыря относительно стенки трубы. Кривая 7 характеризует процесс срыва капель с поверхности пленки, обусловленный потерей устойчивости границы раздела фаз. Оси координат и кривые 6 и 7 определяют область устойчивого стекания пленки без срыва капель (пленочный режим). Ниже кривой 7 на диаграмме находится область дисперсно-кольцевого режима течения IV. Диаграмма рекомендуется для практического использования при 1·1010 и 1·1010, а также при 500 кг/(м·с), 5·103·10 м.