13.7. Режим, структура і характеристики потоку робочого тіла

Середовищем, що нагрівається в елементах парогенераторів є вода, пароводяна суміш, пара і повітря. При сталому режимі в межах допустимих навантажень має місце турбулентний режим руху води, пароводяної суміші, пари . Зі збільшенням паровмісту ( ) швидкість потоку у випарних поверхнях збільшується пропорційно підвищенню питомого об’єму пароводяної суміші. При зверхкритичних тисках і рівності питомих об’ємів пари і води швидкість потоку пароводяної суміші залишається практично незмінною і визначається тільки масовою її витратою. У пароперегрівнику при незмінному прохідному перетині швидкість пари зростає в міру підвищення його температури і зниження тиску.

В залежності від структури утвореного двофазного потоку пароводяної суміші змінюються умови охолодження внутрішньої поверхні труби, відповідно і значення та .

Структура потоку пароводяної суміші. Залежно від паровмісту, швидкості потоку і тиску структура рухомого потоку пароводяної суміші може мати наступний характер:

а) бульбашкова структура – при невеликому паровмісті і малій швидкості у вертикальній трубі маленькі бульбашки пари рівномірно розподіленні по перетину труби (рис. 13.3, а));

б) снарядна структура – нестійка і виникає при збільшенні паровмісті і низькому тиску (при тисках більше 10 МПа не спостерігається) (рис. 13.3, б));

в) стрижнева структура – у середньому перетині труби рухається суцільний потік пари зі зваженими в ньому краплями води, а по стінці рухається шар рідини, товщина якого зменшується з ростом паровмісту та швидкості (рис. 13.3, в));

г ) емульсійна структура – або дисперсна: основна маса води зривається зі стінки і несеться у вигляді крапель у потоці пари, на стінці залишається тонка водяна плівка. Така структура виникає при >90%, великий швидкості пари і високому тиску (рис. 13.3, г)).

Характеристики потоків робочого тіла. В гідродинамічній системи котла, що складається зі з’єднаних між собою труб, колекторів, барабанів і інших додаткових пристроїв, рухається вода, пароводяна суміш і пар. Для характеристики потоку робочого тіла в елементах котла використовуються наступні основні величини.

Масова швидкість потоку, кг/(м²∙с)

,

(13.23)

де - масова витрата робочого тіла в елементі (трубі), кг/с; – перетин елементу (труби), м².

Охолоджуюча дія потоку залежить не тільки від його швидкості, але і від щільності.

Середня швидкість потоку в даному елементі (трубі), м/с

,

(13.24)

де - середній по перетині питомий об’єм середовища, м³/кг.

Наведена швидкість води – швидкість, що мала б вода, яка проходить через даний перетин труби, за умови, що вона займала б весь її перетин визначається за формулою, м/с

,

(13.25)

де , - відповідно масова витрата і питомий об’єм води.

Аналогічно визначається наведена швидкість пари за формулою, м/с

,

(13.26)

де , - відповідно масова витрата і питомий об’єм пари. Усього по трубі протікає пароводяна суміш з витратою: .

Швидкість циркуляції – швидкість, що мала б вода при температурі насичення, якби вона протікала через даний перетин труби при масовій витраті, рівній витратам пароводяної суміші, м/с

.

(13.27)

Паровміст – відношення маси пари в пароводяній суміші до її маси

.

(13.28)

Швидкість пароводяної суміші, м/с

.

(13.29)

Кратність циркуляції – величина зворотна масовому паровмісту, що виражає відношення кількості циркулюючої води до кількості одержуваної пари за той самий проміжок часу

.

(13.30)

Напірний паровміст потоку – частина перетину труби, зайнятого пором, віднесена до повного перетину труби

.

(13.31)

де - перетин труби, що зайнятий паром, м²; - перетин труби, м²; - дійсна швидкість пари, м/с.