8. Характеристики и виды движения водного теплоносителя в паровых котлах Гидродинамика водного теплоносителя в паровых котлах
 Скачать 4.43 Mb.
|
8.5.Виды движения жидкостиПри движении однофазного потока в трубе жидкая (или паровая) фаза заполняет все сечение трубы непрерывно, ограничивающей поток поверхностью является стенка трубы, свободная поверхность отсутствует. Скорость потока при обогреве изменяется по радиусу и длине трубы, средняя скорость в любом сечении положительна (по направлению потока). В двухфазном потоке, в общем случае от х = 0 до х = 1, при установившемся движении скорости жидкой и паровой фаз положительны, обе направлены по ходу среды, количество и распределение их по сечению характеризуются расходными и истинными параметрами течения. Отсутствует свободная поверхность, ограничивающая поток сверху (или снизу). Движение, при котором жидкость заполняет все сечение трубы, скорости фаз отличны от нуля и поток по направлению течения не ограничен свободной поверхностью, называется напорным. При напорном движении относительная скорость wОТН = wПД - wВД может быть положительной или отрицательной. Какой режим движения будет, если скорость воды или пара будет равна нулю? Рассмотрим схему потоков воды и пара в барабане парового котла (рис. 8.14). Нижнюю половину барабана занимает жидкая фаза (вода), верхнюю - пар. Жидкая фаза имеет сверху свободную поверхность. Часть воды непрерывно подается в опускные трубы контура циркуляции, а пар удаляется в пароперегреватель. Скорости движения воды и пара в барабане относительно невелики. Из подъемных труб в барабан поступает пароводяная смесь. На паровые пузырьки, попадающие в относительно неподвижную жидкую фазу, действует сила Архимеда, и пузырьки всплывают вверх. Это явление называется барботажем пара через воду. С другой стороны, на каплю воды, попадающей в паровой объем барабана, также действует сила Архимеда, но так как плотность капли (воды) больше плотности окружающего ее пара, сила Архимеда направлена вниз. При малой скорости пара капля воды будет падать в водяной объем. Процесс отделения воды от насыщенного пара называется сепарацией пара. Барботаж пара и сепарация пара имеют общие закономерности. Движение одной фазы потока в неподвижном или медленно движущемся слое второй фазы, при котором сверху имеется свободная поверхность, разделяющая фазы, называется безнапорным движением двухфазной среды. Определяющей силой в безнапорном движении является сила Архимеда. Напорное движение создается разностью давлений в различных поперечных сечениях потока. Перепад давления между этими сечениями Δp определяется сопротивлением трения, местным сопротивлением, сопротивлением ускорения и нивелирным сопротивлением:  Возьмем два участка, включенных последовательно по схемам (рис. 8.15).  Обозначим давление среды в сечениях 1, 2 и 3 соответственно р1, р2, и р3. Перепад давления на участках Δp1 = p1 - p2, Δp2 = p2 - p3, суммарный перепад давления Δp = Δp1 + Δp2 = p1 - p3 .Для преодоления сопротивления насос должен создать напор, равный Δp, следовательно, движение потока по участкам 1 и 2 происходит под воздействием сил давления, развиваемых насосом, такое движение потока называется принудительным. Соединим сечения 1 и 3 участков 1 и 2 (схема в рис.8.15) таким образом, чтобы эти участки образовали замкнутую систему. При этом суммарный перепад давления равен нулю: Δp = Δp1 + Δp2 = 0. Будет ли движение среды по участкам 1 и 2? Для ответа на этот вопрос представим сопротивления Δp1, и Δp2 в развернутом виде:  (8.64)Сопротивления трения и местные по своей физической природе требуют затрат энергии на их преодоление при движении потока; сопротивление ускорения может быть равно нулю при адиабатном потоке, больше нуля при нагреве и меньше нуля при охлаждении потока, в нашем случае происходит нагрев потока, ΔpУСК > 0 Нивелирное сопротивление при подъемном движении в вертикальной или наклонной трубе положительно, энергия потока, затрачиваемая на преодоление этого сопротивления, идет на увеличение потенциальной энергии потока. При опускном движении нивелирное сопротивление отрицательно, т.е. потенциальная энергия потока превращается в энергию движения потока. Таким образом, нивелирное сопротивление (его называют еще нивелирным напором) на опускном участке может быть источником энергии в замкнутой системе (схема в на рис.8.15). Тогда
Перегруппируем слагаемые этой формулы
Левую часть выражения (8.86) называют движущим напором
Тогда
Движущий напор в замкнутой системе (схема в, рис. 8.15) зависит от разности плотностей среды на участках 1 и 2, от высоты участков. Плотность среды на участках 1 и 2 зависит от интенсивности обогрева. При этом возможны случаи: I. Участки 1 и 2 необогреваемы, q1 = q2 = 0; при этом ρСР1 = ρСР2 и SДВ.I = SДВ.11 движения потока по участкам 1 и 2 не будет; II. На участке 1 q1 = 0, на участке 2 q2 > 0: rСР1 > rСР2 и SДВ.II = 0 движение потока происходит по направлению: участок 1 - участок 2 (против часовой стрелки); III. На участке q1 > 0, на участке 2 q2 > 0: rСР1 > rСР2 и SДВ.III > 0 но SДВ.III < SДВ.II интенсивность движения потока будет меньше, чем в случае II. Следовательно, для увеличения движущего напора SДВ необходимо увеличивать ρСР1 (q1 уменьшать до нуля) и уменьшать ρСР2 (увеличивать q2). Подводимая теплота является внешним источником энергии, необходимой для преодоления сопротивления движению потока в замкнутом контуре. Движение среды по замкнутому контуру называется циркуляцией потока. Циркуляция, возникающая вследствие разности плотностей среды в необогреваемых или слабообогреваемых трубах с опускным движением среды и обогреваемых трубах с подъемным движением среды, называется естественной. Если в контур циркуляции включить насос, то получим контур с многократной принудительной циркуляцией. Все указанные виды движения жидкости (однофазной и двухфазной) описываются уравнениями неразрывности, движения, энергии, состояния. Однако начальные и граничные условия для разных видов движения имеют свои особенности, что приводит к различным решениям основных уравнений. Особенности применения уравнений неразрывности, движения, энергии и состояния рассматриваются в последующих главах. |
