Двухфазный пузырьковый поток и пульсации температур при его движении в элементах теплоэнергетических установок

• Автор: Арестенко, Юрий Павлович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 189 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Цель работы.

Задачи исследования.

Научная новизна.

Практическая значимость результатов работы

Реализация результатов работы.

Достоверность основных научных положений и выводов

Апробация работы
Публикации
Структура и объем работы
1 Гидродинамика пузырькового потока в трубах и каналах
1.1 Характеристики двухфазного потока
1.1.1 Режимы течения двухфазных потоков.
1.1.2 Параметры, описывающие течение двухфазной смеси.
1.2 Методика расчета истинного объемного газосодержания
1.2.1 Обобщение экспериментальных данных по истинному объемному газосодержанию
1.2.2 Модель потока дрейфа
1.2.3 Распределение газовой фазы по сечению канала в пузырьковом потоке
1.3 Экспериментальные методы исследования двухфазного потока .
1.3.1 Метод визуализации, использующий поток у стенки.
1.3.2 Метод визуализации потока с помощью индикаторов.
1.3.3 Метод, основанный на применении химических реакций
1.3.4 Электроконтрольный метод
1.3.5 Оптические методы.
1.3.6 Резистивный метод.
1.3.7 Метод электрозондирования потока
1.4 Гидродинамика двухфазной среды в межтрубном пространстве теплообменников .
1.5 Задачи исследования
2 Экспериментальное оборудование и методики исследования пузырьковых потоков.
2.1 Экспериментальная установка
2.1.1 Конструкция и рабочие характеристики
2.1.2 Генератор пузырей.
2.2 Методика измерения скоростей потока и параметров пузырей.
2.3 Измерение размеров пузырьков газа движущихся в потоке
2.4 Измерение скорости движения пузырьков
2.5 Обработка результатов эксперимента.
3 Течение двухфазного пузырькового потока в каналах.
3.1 Гидродинамика пузырькового потока
3.1.1 Движение восходящего пузырькового потока
3.1.2 Движение нисходящего пузырькового потока
3.2 Пузырь у стенки, оценка сил действующих на пузырь
3.3 Измерение времени и площади контакта при взаимодействии пузыря со стенкой
3.4 Физические аспекты механизмов распределения фаз в пузырьковом потоке.
4 Исследование движения газовых пузырей вблизи стенки.
4.1 Оценка величины локальных касательных напряжений
возникающих при контакте пузыря со стенкой
4.2 Использование пузырькового потока для очистки поверхностей труб.
4.3 Движение газовых пузырей в каналах сложной геометрии.
4.4 Исследование пульсаций температур стенки в двухфазном потоке
4.4.1 Экспериментальная установка и методика измерений
4.4.2 Термопара
4.4.3 Анализ полученных результатов
4.5 Обогреваемая труба в двухфазном пузырьковом потоке.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Пузырьковый режим [1] течения характеризуется наличием в потоке жидкости отдельных пузырей пара или газа, меньших или, в крайнем случае, сопоставимых с поперечным размером канала. Как правило, пузыри имеют сферическую форму, если их диаметр не превышает 1 мм. При больших размерах их форма меняется от сплющенного, в направлении относительного движения в потоке, до сферического сегмента (пузыри Тейлора). При размерах пузырей, сопоставимых с поперечной площадью сечения канала, образуется снарядный режим течения. Форма снаряда имеет обтекаемую переднюю и несколько вогнутую заднюю поверхность. Длина их может изменяться в зависимости от термодинамических условий, от одного до нескольких десятков калибров. При заданном постоянном расходе жидкости увеличение расхода газа приводит к увеличению и разрыву газовых снарядов. Режим течения при этом хаотически переходит в кольцевой. Переходный режим характеризуется пснообразованисм и вихреобразоваиием. Кольцевое течение имеет газовое ядро с каплями жидкости. Скорость ядра выше скорости жидкой пленки, текущей по стенке. Процесс движения жидкостных частиц может быть обратным. В обогреваемых каналах, если температура стенки канала очень высока и имеет место испарение (кипение) пленки, капли образуют чисто дисперсное течение. Течение в горизонтальных и наклонных каналах дополняется асимметрией структуры потока в плоскости действия сил тяжести. Существуют и более детальные классификации режимов течения. Однако, любая классификация будучи очень полезной, является в значительной степени качественной и часто - весьма субъективной. Кроме того, случайный характер каждой структуры усложняется еще тем, что двухфазные потоки являются, как правило, не полностью развитыми. Движение газовой фазы обуславливается фактически перепадом давления вдоль канала, которое может привести к изменению режима течения, например, переходу пузырькового течения в снарядное. Параметров, определяющих возникновение заданного режима потока, очень много. Из этого множества параметров следует выделить следующие: объемные расходы каждой фазы, удельный тепловой поток, плотности и вязкости каждой из фаз, поверхностное натяжение, геометрия, длина и угол наклона канала, направление движения потока, расстояние от входа до рассматриваемого сечения, способы ввода каждой из фаз. Необходимо отметить, что для более точного моделирования физических явлений в двухфазных потоках знание режима обязательно. Нельзя, например, описать пузырьковые и кольцевые режимы течения при помощи одной и той же модели и ожидать получить хорошую точность в обоих случаях. Получение же различных моделей усложняется переходной зоной между двумя режимами, которая недостаточно исследована для математического описания. Двухфазный поток характеризуется наличием нестационарности и разрывности каждой из фаз. Такое движение может быть описано бинарной функцией состояния /^(х. Изменение характеристик двухфазного потока как во времени, так и в пространстве требует введения соответствующих операторов осреднения [2]. ЛМ)Л = ;НА(*'К, (1. ЛК(х,ї) - осредняемая характеристика фазы к двухфазного потока. Л*. Ра,}Щр,»,))г, (1. С другой стороны, локальные поля переменных двухфазного потока могут быть также осреднены либо по определенному интегралу времени Г, либо по времени пребывания фазы к в данной точке х:ТК(х)еТ. Ш(1. Л1)= («. Тождество имеет важное значение для математического описания двухфазных потоков. При отсутствии в потоке фазовых превращений и при неизменном сечении канала массовое расходное газосодержание х является постоянным режимным параметром и определяется для газожидкостных потоков массовыми расходами фаз на входе в зону смешения или из теплового баланса на экономайзерном участке для парожидкостных. В отличие от массового, объемное расходное газосодержание р вследствие расширения газа (пара) из -за всегда существующего в потоке градиента давления изменяется при переходе от одного сечения канала к другому (кроме барботажного режима, где р = ]). Однако, если в сечении канала плотности фаз постоянны, то из (1. Л(*)= B'{x,t)wK(x. О* = Шг = (aX2W')2 = «. Из выражения (1. UOK = '-f. А„ = . Р=_ .