ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

В докладе рассмотрен один из упомянутых выше частных случаев, а именно кризис теплоотдачи в дисперсно-кольцевом режиме течения при высоких массовых паросодержаниях и скоростях потока. В этом случае пленка жидкости на стенке гладкая, имеет малую толщину и не кипит, а следовательно отсутствует капельный унос с поверхности пленки. Наступление кризиса в таких условиях нередко называли кризисом гидравлического сопротивления [5], поскольку с ростом паросодержания потери давления на трение уменьшались. Предполагается, что в предкризисном режиме пленка жидкости формируется каплями, выпадающими на стенку из дисперсного ядра потока. Поскольку при высоких скоростях потока размеры капель очень малы (меньше толщины вязкого подслоя дисперсного потока), то их кинетическая энергия недостаточна, чтобы преодолеть вязкий подслой с движущимися в нем вдоль стенки каплями жидкости, и достичь стенки. Поэтому выпадение капель на стенку возможно только в момент разрушения (обновления) вязкого подслоя [2], происходящего периодически с интервалом:

. (1)

Здесь: - эмпирическая поправка, учитывающая дополнительную диссипацию турбулентной энергии за счет диспергированности потока.

Сформированная на стенке пленка жидкости испаряется вплоть до очередного акта обновления вязкого подслоя. Таким образом, толщина пленки периодически изменяется от некоторой максимальной величины до минимальной. Это должно приводить к периодическим изменениям температуры стенки, что неоднократно наблюдалось в экспериментах по изучению кризисов в дисперсно-кольцевых режимах течения. Если за период пленка жидкости испарится полностью, то это приведет к кризису теплоотдачи. Критическую плотность теплового потока при этом можно определить из соотношения:

, (2)

где - максимальная толщина пленки, образованная выпавшими на стенку каплями в момент обновления вязкого подслоя. Она определяется размером капель , и количеством капель, выпавших на стенку в некотором сечении канала в момент обновления вязкого подслоя, и диаметра канала :

. (3)

Предполагается, что количество выпавших на стенку капель пропорционально общему числу капель в потоке в некотором сечении канала. Определить можно в общем случае из выражения:

, (4)

где: F_г и F_пл – соответственно площадь сечения канала и часть площади сечения канала, занятая жидкой пленкой до выпадения капель из потока.

Поскольку выпадение капель на стенку происходит в момент очередного обновления вязкого подслоя, когда испаряющаяся пленка имеет наименьшую толщину, то вторым слагаемым в (4) можно пренебречь и (3) преобразовать к виду:

. (5)

Если коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывать, как для турбулентного течения в трубе с гладкими стенками (), то динамическая скорость газа в (1) может быть найдена из соотношения:

. (6)

Истинное объемное паросодержание можно определить из формулы:

. (7)

В (7) не учтено скольжение фаз, что в рассматриваемых условиях, когда капли малы, их форма близка к сферической и массовая скорость велика, можно считать вполне приемлемым допущением.

С учетом (1), (5) и (6) выражение (2) преобразуется к виду:

. (8)