МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ДИСПЕРСНО-КОЛЬЦЕВЫХ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКАХ

Разработана и проверена сравнением с доступными опытными данными методика расчета распределения жидкости между пленкой и парокапельным ядром в дисперсно-кольцевых потоках. Построена модель уноса капель с поверхности жидкой пленки при кольцевом двухфазном течении в отсутствие встречного потока осаждения. Разработанная на основе этой модели методика расчета интенсивности уноса капель, содержащая один эмпирический числовой множитель, протестирована на опытных данных о пароводяных потоках при умеренных и высоких давлениях (1 - 12 МПа). Эти данные уникальны по сочетанию режимных параметров, отвечающему условиям работы оборудования АЭС и ТЭС, и методике определения расходов жидкости в пленке и ядре потока, которая обеспечивает отсутствие встречного потока осаждения капель на поверхность пленки. В условиях динамического равновесия, которое в дисперсно-кольцевом потоке устанавливается на достаточно большой длине от сечения формирования (до 200 калибров), плотности потоков уноса и осаждения равны. Качественный анализ процесса и выполненные численные исследования показывают, что основной механизм осаждения капель - это турбулентная диффузия. Равенство потоков уноса и осаждения приводит к трансцендентному уравнению с одним неизвестным числовым множителем, введенным для уравнения плотности потока уноса. Результаты расчета доли жидкости, движущейся в виде капель в ядре потока, оказались в хорошем согласии с опытными данными при умеренных и высоких приведенных давлениях (p/pкр = 0,04 - 0,53). Это относится к однокомпонентным потокам воды и хладона R113. Большинство опытных данных о распределении жидкости по сечению канала в дисперсно-кольцевых потоках получено в двухкомпонентных смесях вода/воздух или вода/гелий при низких давлениях. Эти данные плохо согласуются с расчетом по методике, ориентированной на относительно высокие приведенные давления. Для потоков с малым расходом жидкости в пленке построена модель уноса капель с поверхности ламинарной пленки. Как и в случае высоких приведенных давлений, равенство потоков уноса и осаждения дает трансцендентное уравнение, позволяющее рассчитать долю потока жидкости в виде капель. Это уравнение с единственной числовой константой хорошо описывает опытные данные о распределении жидкости по сечению канала в водовоздушных потоках, но для потоков вода/гелий погрешность оказалась значительной. Введение в формулу для интенсивности уноса эмпирического множителя в виде корня 4-й степени из отношения плотностей газа и жидкости позволило описать весь массив опытных данных для газожидкостных дисперсно-кольцевых потоков с универсальным значением числовой константы. Два уравнения баланса потоков уноса и осаждения капель позволяют надежно прогнозировать распределение жидкости по сечению в дисперсно-кольцевых потоках во всей области исследованных параметров. В качестве границы применимости этих уравнений предложено произведение числа Рейнольдса пленки на корень из отношения плотностей фаз. Определено численное значение этого комплекса.