Потери давления в местных сопротивлениях

для однофазных сред (каналов 1 и 2 типа) определяется выражением

.

Для двухфазных потоков

.

Одно из средств борьбы с нестабильностью гидравлической характеристики установка дроссельных шайб в эконом.

Минимальная гидравлическое сопротивление дроссельной шайбы находится из выражения

.

Зная можно найти ее геометрические размеры

.

Рассмотренные выше положения относятся как к вертикальным, так и к горизонтальным трубам. Гидродинамическая нестабильность имеет место и в поверхностях теплообмена при закритических параметрах. Ее появление обусловлено изменением плотности рабочего тела в зависимости от энтальпии.

Другой вид неустойчивости – пульсация пароводяной смеси в каналах.

При установившемся движении пароводяной смеси в каналах  и теплофизические параметры и расход постоянны в любом сечении канала.

Для того, чтобы поток был установившемся, необходимо чтобы

G_{на вх.} = const; i_вх = const; g = const; Р_вых = const.

Строгое выполнение этих требований невозможно.

Что будет происходить при изменении параметров?

i_вх > i_вх; l_эк < l_эк; l_исп > l_исп – G.

В установившемся режиме G_вх. = G_вых – уравнение неразрывности.

При пульсациях расхода G_вх.  G_вых.

В некоторых условиях расхождение между G_вх. и G_вых может изменяться с некоторым периодом – наступает колебательный режим движения. G_вых, S_вых колеблется около средних значений. Такое изменение расхода называется пульсациями расхода.

Пульсации расходов может быть общеконтурная (общая) и межвитковая (межканальная).

Общая пульсация является следствием в основном неустойчивой работы центробежного насоса. Напор Р_г и расход G насоса тесно связаны с гидравлической характеристикой ПГ.

При изменении сопротивления поверхности Р_г параметры насоса определяются точкой 1, но они неустойчивы ; 2 точка характеризуется меньшим расходом G. При этом снизится парообразование и, следовательно, уменьшится Р_г 2  3. Эта точка также неустойчива увеличенный расход G₃ приведет к увеличению парообразований и сотр. и вновь изменит режим в сторону больших Р_г и меньших G.

Процесс изменения рабочих параметров может периодически повторяться. Амплитуда колебаний G₁ – G₃ тем меньше, чем круче характеристика насоса.

Выбор для ПГ циркулирует и инт. насосов с крутой гидродинамической характеристикой дает основание не опасаться неприятных последствий общей пульсации расхода.

Межвинтовая пульсация – заключается в автоколебаниях расхода по отдельным трубкам при общей устойчивой работе ПГ (средние параметры ПГ не изменяются).

Пульсация характеризуется двумя величинами – амплитудой G и частотой Р или периодом .

G_вх. и G_вых в противофазе, G_вых > 0.

Наиболее вероятным участком, где может начать развиваться такой процесс это область резкого изменения истинного паросодержания.

Предположим, что по каким-то причинам в трубе началась межвитковая пульсация. Начнем рассматривать процесс пульсации с момента времени, при котором на выходе из трубы наблюдается максимальный расход пара. Очевидно, что в этот момент времени имеет место и максимальное гидравлическое сопротивление парообразующего участка Р_по. Так как Р_соб = const, то увеличение гидравлического сопротивления приведет к повышению давления на границе между экономайзерным и парообразующим участками: на графике давление Р увеличивается до Р₁. При этом разность давлений в экономайзерном участке уменьшается или, если Р₁ > Р_разд, станет отрицательным. Уменьшение величины Р_эк соответствует уменьшению расхода воды, поступающей в трубу, а при Р_эк < 0 вода будет двигаться в направлении раздающего коллектора.

Через некоторый промежуток времени расход пара G_п и гидравлическое сопротивление Р_по неизбежно уменьшатся из-за нехватки воды в трубе. Уменьшение гидравлического сопротивления Р_по будет сопровождаться понижением давления на границе участков (давление Р₁ уменьшится до величины Р₂) и соответствующим увеличением Р_эк – расход поступающей в трубу воды увеличится. Кривая Р_разд – Р₂ – Р_соб соответствует максимальному значению G_в и минимальному G_п.

Из-за избытка поступившей в трубу воды расход пара увеличится, и весь цикл межвитковой пульсации повторится заново: увеличится значение Р_по и т.д.

Рост давления на этом участке Р₃ может превысить Р₁. При этом условии произойдет нарушение неразрывности потока и возникнет встречное течение к входному коллектору. Другая пульсирующая труба в этот момент увеличит расход из коллектора.

Направление движения паровой фазы при этом останется прежним.

Изменение во времени G_вх. Приводит к перемещению l_исп и l_эк и омывании одних и тех же поверхностей и водой и паром, что приводит к термическим пульсациям стенки

;

;

.

Петров установил, что межвитковые пульсации отсутствуют при

.

Иногда этого критерия недостаточно.

Основными параметрами, влияющими на межканальную неустойчивость ПГ каналов является:

1. g; 2) ; 3) Р – на выходе из канала; 4) соотношение гидравлических сопротивлений

– коэффициент

a = f (g, , Р, d, l).

Чем выше g  больше а.

Чем больше   меньше а.

Другой конструктивной мерой является установка промежуточных коллекторов.

Разделение экономайзерного и испарительного участка коллектором может обеспечить гидродинамическую стабильность. Схема будет устойчива и при увеличении нагревания. При понижении нагрузки произойдет смещение зоны начало преобразования в коллектор, что приведет к неравномерной раздачи рабочего тела. Установка еще одного коллектора существенно повысит гидродинамическую стабильность прямоточного ПГ.

Гидродинамическая неравномерность – стабильное, постоянное во времени неравномерное распределение расхода между ПГ каналами. Она определяется постоянно действующими факторами конструктивного характера

.

Причины:

1. различные геометрические параметры l, d, ;

2. коллекторный эффект на входе в каждую трубу давления разные.

Из-за вихря расход в центре максимален, а существуют трубы с минимальным расходом.