РЕЖИМЫ И ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХОВОДЯНОЙ СМЕСИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕ

Статья опубликована: Козлов Б. К. РЕЖИМЫ И ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХОВОДЯНОЙ СМЕСИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕ// сборник "Гидродинамика и теплообмен в котлах высокого давления" -Москва, изд.АН СССР, 1965г.

Козлов Б. К.

РЕЖИМЫ И ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХОВОДЯНОЙ СМЕСИ В ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЕ

ВВЕДЕНИЕ

При решении вопросов, связанных с течением газожидкостных и пароводяных смесей в вертикальных трубах, необходимо располагать подробными сведениями о механизме этого процесса. Для распространения положений гидравлики однофазных потоков на область гидродинамических расчетов двухфазных потоков нет никаких оснований. В связи с этим были построены специальные уравнения гидродинамики двухфазной жидкости и разработана методология решения экспериментально-теоретических задач в этой области. Следует отметить, что существуют работы, где анализ движения пароводяной смеси в трубах осуществляется без построения специальных уравнений двухфазной смеси. Законы изменения основных гидравлических характеристик – общего перепада давления, коэффициента сопротивления, относительной скорости, величины пульсации потока и её частоты – зависят от режима работы установки и от формы течения двухфазной жидкости. Вопрос о взаимосвязи режимов форм движения газожидкостных смесей в трубах и об условиях их существования в настоящее время еще мало изучен. Формы движения газожидкостных смесей тесно связаны с режимом работы производственных установок и агрегатов, рабочим веществом которых является газожидкостная смесь. В связи с этим указанные вопросы имеют также и практическое значение.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРУБЫ

При движении газожидкостной смеси в единичной подъемной трубе при заданном напоре или в контуре естественной циркуляции можно различать четыре наиболее важных режима.

1) Режим начала подачи жидкости. В этом случае газа, поступающего к основанию трубы, бывает едва достаточно для подъема жидкости до её устья. Незначительное увеличение подачи газа приводит к появлению подачи жидкости.

2) Режим максимальной эффективности работы системы. В этом случае на единицу поднимаемой жидкости расходуется наименьшее количество газа. Этот режим с энергетической точки зрения является оптимальным.

3) Режим максимальной производительности, когда количество поднимаемой жидкости является наибольшим.

4) Режим прекращения подачи жидкости. В этом случае бывает достаточного увеличения расхода газа, чтобы подача жидкости прекратилась. Здесь прохождение газа по трубам обуславливает потери на трение, превосходящие по величине давление в напорной ветви контура циркуляции. Произвольные расходные параметры смеси могут в большей или меньшей степени приближать процесс движения смеси к тому или иному режиму.

ФОРМЫ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ

От режимов работы подъемной трубы следует отличать структурные формы течения, которые имеет газожидкостная смесь при её подъеме в трубе. На основании изучения структуры потока нами установлено шесть основных форм движения: пузырьковое, пробковое, пробково-диспергированное, эмульсионное, пленочно-эмульсионное и капельное. Отдельные формы можно охарактеризовать следующим образом:

Форма 1. Жидкая фаза движется по трубе вверх. Газовая фаза в виде отдельных пузырьков распределяется внутри жидкости и движется вверх со скоростью, несколько превышающей скорость жидкости.

Форма 2. Пузыри объединяются в своего рода газовые пробки, напоминающие по своей форме снаряды с головкой параболического очертания. Таким образом, по трубе движутся чередующиеся друг за другом газовые и жидкостные пробки, причем последние содержат включения из газовых пузырьков.

Форма 3. Часть жидкости из центра сечения трубы отбрасывается потоком газа к стенке, затормаживается и потом вновь включается в общий поток двухфазной смеси. Воздух в этом режиме принимает переменную пробково-диспергированную структуру. Аналогичному дроблению подвергаются и пробки жидкости. В процессе дробления воды и воздуха между центральной зоной трубы и её стенкой создается движущийся вверх возвратно-поступательный поток жидкости.

Форма 4. Двухфазный поток имеет эмульсионный вид; пленки жидкости между газовыми пузырьками образуют пространственную сотовую структуру, элементы которой непрерывно разрушаются и создаются вновь.

Форма 5. Жидкая фаза мелкими каплями вкраплена в газовый поток. Двухфазная смесь представляет собой эмульсию молочного цвета; по стенке течет пленка жидкости, а газ с диспергированной влагой движется в центральной части трубы.

Форма 6. Внутренняя стенка трубы смочена влагой. В потоке воздуха движется мелкодисперсная, распыленная влага. .

1. Арманд А. А. Сопротивление при движении двухфазной системы по горизонтальным трубам // Известия ВТИ. №1, 1946г.