Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Свойства рабочих жидкостей. Гидростатика. Учебное пособие
.pdf
тензора эффективных поверхностных напряжений. Сумма сил, действу-
x
x
g
ющих на единичный объем жидкой фазы
(1 )
, равна полному
0
изменению ее количества движения вдоль течения, т. е.
()()
GU G
p
gf
(1 ) (1 ) .
x WALL VBOUD
10 0 1 1 0
11 1
xt
Здесь
вдоль течения;
словленное трением;
костью;
– проекция вектора ускорения силы тяжести на ось (ОХ), т. е.
– площадь поперечного сечения канала;
0
– касательное напряжение на стенке канала, обу-
1WALL
– периметр стенки канала, омываемый жид-
1
f
VBOUD
– равно-
действующая сил, действующих на границах раздела, приведенная к
G
единице объема. Массовый расход жидкой фазы
.
1
Для газовой фазы имеют место те же соотношения, т. е. в уравнении
(1 )
жидкой фазы: индекс 1 заменяется индексом 2, величина
чиной
, произведение
f
0 VBOUD
меняет знак. Суммируя уравнения
– вели-
движения фаз, получим уравнение движения смеси. Последний член в
этом уравнении представляет собой реактивную силу Мещерского, обусловленную фазовым превращением (например, испарением жидкости).
Уравнения движения смеси должны быть дополнены граничными и
начальными условиями, включая условия на границе раздела фаз.
4.5. АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ
ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ
Параметры дисперсного и пузырькового режима течения двухфазного потока рассчитываются по схеме гомогенного потока. За обобщенные исходные данные принимаются приведенная плотность потока,
усредненная скорость смеси. В этом случае хорошее совпадение с экспериментальными данными получено при моделировании движения
двухфазного потока как непрерывной среды с помощью системы уравнений Навье–Стокса.
В случае дисперсно-кольцевого режима течения газожидкостного
потока наличием жидкой фазы в газовом ядре пренебрегают. Волновой
характер жидкой пленки позволяет применить энергетический анализ
компонентов смеси. Решаются два уравнения: движения газовой фазы и
71
движения жидкой волнообразной пленки. Точность этой методики зависит от степени достоверности моделирования взаимодействия сред на
границе раздела. В практике расчетов параметров дисперсно-кольцевого режима течения газожидкостного потока широко применяются полуэмпирические методы, например модель Локкарта–Мартинелли. Основными допущениями являются: предположение о малости толщины
пленки по сравнению с диаметром канала, о постоянстве касательного
напряжения в пленке жидкости и его величине, соответствующей касательному напряжению на стенке, о концентрации всей массы жидкой
фазы в пленке, о пренебрежении влиянием гравитации и ускорения на
движение фаз. Вычисляются потери давления отдельно газовой и жидкой фазы в однофазных потоках. Формируются соответствующие параметры Локкарта–Мартинелли. С помощью эмпирической зависимости
находится значение потери давления двухфазного потока. Уточняется
доля уносимой жидкой фазы в газовое ядро, вычисляется в первом приближении толщина пленки. После проведения нескольких итераций выполняется проверочная процедура. Точность метода составляет единицы
процентов, что вполне обосновано при расчетах параметров дисперснокольцевого потока. Проведенные экспериментальные исследования доказали необходимость учитывать влияния потока газа на волновую пограничную поверхность. При определенном сочетании теплофизических параметров фаз возникает неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. Поток
газа способствует увеличению давления во впадинах и разряжению на
пучностях волн. Развитие этого процесса приводит к интенсификации
уноса капель жидкой фазы в газовое ядро. В настоящее время предложены критериальные соотношения, существенно уточняющие параметры
пленки и величину касательных напряжений.
Снарядный режим течения двухфазной среды реализуется в двухфазных потоках при увеличении концентрации газовой фазы в пузырьковом
состоянии смеси. Изменение газосодержания расслоенного режима течения преобразует его в снарядный. Характерным признаком снарядного
режима течения служит наличие последовательно движущихся по каналу
одиночных больших газовых пузырей, т. е. ярко выраженной дискретной
структуры. На практике весьма важно знать закономерности распространения волн давления в таких двухфазных потоках. Известна идеализированная модель снарядного режима течения: газовая и жидкая фаза имеют
правильную периодическую структуру. Между стенкой канала и снарядом формируется тонкая пленка жидкости. В головной части газовый
72
пузырь имеет форму эллипсоида, в кормовой – плоско срезан, что придает ему сходство с артиллерийским снарядом. При увеличении размеров снаряд становится менее устойчивым, небольшие изменения внешних воздействий приводят к переходу снарядного режима течения во
вспененный. В практике определения параметров снарядного режима
необходимо учитывать скачок давления на границе раздела фаз, точно
измерять массовые расходы фаз. Если известна доля площади поперечного сечения канала, занятая газовой фазой, то можно получить результаты, весьма близкие к экспериментальным данным.
73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гидравлика: учебник и практикум для академического бакалавриата / под
ред. В.А. Кудинова. – М.: Юрайт, 2018. – 386 с.
2. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости): учебное пособие для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.:
Стройиздат, 1975. – 323 с.
3. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины
и гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1982. – 573 с.
4. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. – Харьков: Изд-во
ХГУ, 1990. – 342 с.
5. Дунаев С.В. Гидравлика газожидкостных систем: конспект лекций. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1997. – 59 с.
6. Сажин И.А. Гидравлика газожидкостных систем: методические указания
к выполнению курсовой работы для студентов III курса ФЛА специальности
160202. – Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2010. – 23 с.
74
ратур
я
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Коэффициент линейного теплового расширения воды (βТ)
при изменении давления и температуры
Давление
Р, МПа
0,1 1,4 ꞏ 10
10 4,3 ꞏ 10–5 1,65 ꞏ 10–4 4,22 ꞏ 10–4 5,48 ꞏ 10–4 7,04 ꞏ 10–4
20 7,2 ꞏ 10–5 1,83 ꞏ 10–4 4,26 ꞏ 10–4 5,39 ꞏ 10–4 6,91 ꞏ 10–4
50 14,9 ꞏ 10–5 2,36 ꞏ 10–4 4,29 ꞏ 10–4 5,23 ꞏ 10–4 6,61 ꞏ 10–4
90 22,9 ꞏ 10–5 2,89 ꞏ 10–4 4,37 ꞏ 10–4 5,14 ꞏ 10–4 6,21 ꞏ 10–4
1…10 10…20 40…50 60…70 90…100
–5
1,5 ꞏ 10–4 4,22 ꞏ 10–4 5,56 ꞏ 10–4 7,19 ꞏ 10–4
Т, °С
Приложение 2
Коэффициент линейного теплового расширения (βТ) некоторых
технических жидкостей при 20 °С, давлении Р = 0,1 МПа
Жидкость Глицерин
Значение βТ 5 ꞏ 10–4 7,2 ꞏ 10–4 9 ꞏ 10–4 6 ꞏ 10–4 1,8 ꞏ 10–4
Масло
оливковое
Масло
репное
Нефть Ртуть
Приложение 3
Зависимость коэффициента динамической вязкости (МПа ꞏ с)
воды от температуры (Т, °С)
Темпе
Коэффициент
динамической
зкости (МПа ꞏ с)
в
а, °С 10 20 40 60 80 100
1,308 1,002 0,6531 0,4044 0,3550 0,2822
75
Приложение 4
Значения коэффициента динамической вязкости
некоторых технических жидкостей
Жидкость
Коэффициент
динамической
вязкости, Па ꞏ с
Жидкость
Коэффициент
динамической
вязкости, Па ꞏ с
Ацетон 3,06 ꞏ 10–4 Мазут 2,022
Бензол 6,04 ꞏ 10–4 Ртуть 1,526 ꞏ 10–3
Касторовое масло 0,985 Метиловый спирт 5,44 ꞏ 10–4
Кукурузный сироп 1,3806
Моторное масло
(SAE 10 при 20 °С)
0,065
Этиловый спирт 1,074 ꞏ 10–3 Оливковое масло 0,081
Этиленгликоль 1,61 ꞏ 10–2
Глицерин
(при 20 °С)
1,49
Моторное масло
(SAE 40 при 20 °С)
Жидкий азот
(при 77 К)
0,319
1,58 ꞏ 10
Пропанол Серная кислота 2,42 ꞏ 10–2
Приложение 5
Теплофизические параметры рабочей жидкости АМГ-10
Темпера-
тура, °С
Плот-
ность ρ,
3
кг/км
Коэффициент
кинематиче-
ской вязко-
сти, сСт
Коэффициент
изобарной теп-
лоемкости С
(Дж/кг ꞏ град)
20 835,6 21 1844 0,1192
40 821,8 12,62 1943 0,1163
60 808,4 8,48 2039 0,1140
80 794,2 6,13 2135 0,1111
100 780,2 4,68 2232 0,1087
Коэффициент
теплопроводно-
Р
(Вт/м ꞏ град)
сти λ
–4
76
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]