Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС

Представлены результаты экспериментального исследования устойчивости плѐночного течения и влияния действительного состояния поверхности контакта сепарационных устройств на процесс смачивания. Получена карта режимов для газожидкостных систем на поверхностях сепарационных устройств с сетчатым экра...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Туз, В.Е., Лебедь, Н.Л., Лебедь, И.К.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України 2014
Назва видання:	Ядерна та радіаційна безпека
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97517
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС / В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь, И.К. Лебедь // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 22-25. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-97517
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-975172016-03-29T03:03:22Z Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. Лебедь, И.К. Представлены результаты экспериментального исследования устойчивости плѐночного течения и влияния действительного состояния поверхности контакта сепарационных устройств на процесс смачивания. Получена карта режимов для газожидкостных систем на поверхностях сепарационных устройств с сетчатым экранированием. Анализ результатов показал, что область устойчивого течения пленки по стенкам канала с сетчатым покрытием значительно расширена по сравнению с каналами, которые имеют гладкие стенки. Наведено результати експериментального дослідження стійкості плівкової течії та впливу дійсного стану поверхні контакту сепараційних пристроїв на процес змочування. Отримано карту режимів для газорідинних систем на поверхнях сепараційних пристроїв із сітчастим екрануванням. Аналіз результатів показав, що область сталої течії плівки по стінках каналу із сітчастим покриттям значно розширена порівняно з каналами, які мають гладкі стінки. In order to ensure the efficiency of separation devices, one should know about the interaction of liquids and gases as well as the range of operating parameters within which the liquid film flow is steady and there is no re-entrainment. The range of stable operating parameters for separation devices in conditions under which there is no flow abnormality associated with the entrainment of liquid droplets is increased by covering the contact surface with mesh screening material for the liquid to move into the mesh structure of the coating. In contrast to smooth surfaces where the film rupture condition is determined by the physical properties of the liquid and wettability of the surface and depends on the balance of forces acting on an elementary volume of the film for mesh-coated surface, the effects of the capillary cell in the grid need to be taken into consideration as well. The studies have shown that the interaction of gravitationally flowing liquid film with upward flowing gas, which corresponds to the beginning of drop ablation process, depends on the irrigation density, geometric characteristics of the channel and mesh surface. A map of modes for gas–liquid systems on the surfaces of separation devices with mesh screens has been obtained. It is shown that the area of constant film flow on channel walls with mesh coating is significantly expanded in comparison with the corresponding area of channels with smooth walls. 2014 Article Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС / В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь, И.К. Лебедь // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 22-25. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2073-6231 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97517 532.529 ru Ядерна та радіаційна безпека Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Представлены результаты экспериментального исследования устойчивости плѐночного течения и влияния действительного состояния поверхности контакта сепарационных устройств на процесс смачивания. Получена карта режимов для газожидкостных систем на поверхностях сепарационных устройств с сетчатым экранированием. Анализ результатов показал, что область устойчивого течения пленки по стенкам канала с сетчатым покрытием значительно расширена по сравнению с каналами, которые имеют гладкие стенки.
format	Article
author	Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. Лебедь, И.К.
spellingShingle	Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. Лебедь, И.К. Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС Ядерна та радіаційна безпека
author_facet	Туз, В.Е. Лебедь, Н.Л. Лебедь, И.К.
author_sort	Туз, В.Е.
title	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС
title_short	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС
title_full	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС
title_fullStr	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС
title_full_unstemmed	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС
title_sort	гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования аэс
publisher	Державне підприємство "Державний науково-технічний центр з ядерної та радіаційної безпеки" Держатомрегулювання України та НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/97517
citation_txt	Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС / В.Е. Туз, Н.Л. Лебедь, И.К. Лебедь // Ядерна та радіаційна безпека. — 2014. — № 2. — С. 22-25. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Ядерна та радіаційна безпека
work_keys_str_mv	AT tuzve gidrodinamikaseparacionnyhustrojstvtehnologičeskogooborudovaniâaés AT lebedʹnl gidrodinamikaseparacionnyhustrojstvtehnologičeskogooborudovaniâaés AT lebedʹik gidrodinamikaseparacionnyhustrojstvtehnologičeskogooborudovaniâaés
first_indexed	2025-07-07T05:06:53Z
last_indexed	2025-07-07T05:06:53Z
_version_	1836963399373684736
fulltext	22 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014 УДК 532.529 В. Е. Туз, Н. Л. Лебедь, И. К. Лебедь Национальный технический университет Украины  «Киевский политехнический институт», г. Киев, Украина Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС Представлены  результаты  экспериментального  исследования  устойчивости  плёночного  течения  и  влияния  действительного  состоя- ния  поверхности  контакта  сепарационных  устройств  на  процесс  сма- чивания.  Получена  карта  режимов  для  газожидкостных  систем  на  по- верхностях  сепарационных  устройств  с  сетчатым  экранированием.  Анализ результатов показал, что область устойчивого течения пленки  по  стенкам  канала  с  сетчатым  покрытием  значительно  расширена  по сравнению с каналами, которые имеют гладкие стенки. К л ю ч е в ы е   с л о в а: сепарационные устройства, каплеунос, гид- родинамика плёночного течения. В. О. Туз, Н. Л. Лебедь, І. К. Лебедь Гідродинаміка сепараційних пристроїв технологічного обладнання АЕС Наведено  результати  експериментального  дослідження  стійкості  плівкової  течії  та  впливу  дійсного  стану  поверхні  контак- ту  сепараційних  пристроїв  на  процес  змочування.  Отримано  карту  режимів для газорідинних систем на поверхнях сепараційних пристроїв  із  сітчастим  екрануванням.  Аналіз  результатів  показав,  що  область  сталої течії плівки по стінках каналу із сітчастим покриттям значно роз- ширена порівняно з каналами, які мають гладкі стінки. К л ю ч о в і   с л о в а:  сепараційні  пристрої,  винос  крапель,  гідродинаміка плівкової течії. © В. Е. Туз, Н. Л. Лебедь, И. К. Лебедь, 2014 О дно из основных условий длительной безава- рийной работы турбинного оборудования блока АЭС — качественная сепарация капельной жид- кости, которая может образовываться в про- цессе уноса жидкости из объёма парогенератора либо при конденсации влажного пара. Для обеспечения эффективности работы сепарацион- ных устройств необходимо знать особенности взаимодей- ствия жидкости и газа, а также диапазон рабочих парамет- ров, в пределах которых реализуется устойчивый режим течения пленки жидкости и отсутствует вторичный унос. Увеличение диапазона устойчивой работы сепарационного устройства в результате обеспечения условий, при которых не происходит нарушение режима течения, связанного с капельным уносом жидкости, достигается экранирова- нием поверхности контакта сетчатым материалом, в ре- зультате чего жидкость движется в структуре сетчатого покрытия. Цель исследования — определение закономерностей течения гравитационной плёнки жидкости в каналах се- парационных устройств с сетчатым покрытием стенок. Анализ имеющихся литературных источников показал, что информация о результатах исследований процессов, связанных с вторичным уносом капель при гравитацион- ном течении плёнки жидкости по поверхности с сетчатым покрытием, практически отсутствует. Поэтому поставлен- ная цель работы актуальна. Динамика взаимодействия плёнки жидкости и газового потока в двухфазных системах. В процессе улавливания капельной жидкости из пара на поверхности элементов сепарационных устройств образуется плёнка жидкости. В зависимости от количества уловленной влаги изменя- ется гидродинамика плёночного течения — от безволно- вого, при малых числах плёночного числа Рейнольдса Red, до двух- и трехмерного турбулентного волнового течения. При взаимодействии с потоком пара или газа возможны следующие характерные граничные режимы: разрыв плён- ки с образованием сухих пятен и вторичный капельный унос с гребней волн. Нанесённый на стенки слой сетчатого покрытия можно рассматривать как регулярную шероховатость. В этом слу- чае наличие сетчатого покрытия приводит к более ран- нему переходу от ламинарного течения в турбулентное из-за дополнительных возмущений. С одной стороны, при небольшой толщине сетчатого слоя, которая опреде- ляется диаметром проволоки dпр, возмущения лежат ниже уровня, определяемого степенью турбулентности внеш- него течения. В этом случае сетчатый слой не оказывает влияния на переход ламинарного течения в турбулентное. С другой стороны, при очень крупных размерах ячейки и диаметрах проволоки сетки переход может произойти непосредственно в ячейке при низких скоростях газового потока. В литературе отсутствуют данные о влиянии геометри- ческих размеров сетчатого покрытия на переход от лами- нарного режима течения в плёнке к турбулентному. Процесс взаимодействия потока пара или газа с плён- кой жидкости на поверхности с сетчатым покрытием подо- бен гидродинамическому процессу, протекающему на по- верхностях с искусственными кавернами или лунками различной формы. Исследования гидродинамики течения в каналах с ис- кусственной шероховатостью в виде проволок [1, 2] поз- волили определить условия перехода ламинарного ре- жима течения в турбулентное в области, прилегающей ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014 23 Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС непосредственно к элементу шероховатости. Это происхо- дит при значении плёночного числа Рейнольдса Re ... ,δ ν = u k⋅ ≈ 15 20 где u — средняя скорость течения плёнки; ν— коэффи- циент кинематической вязкости; k — характерный размер шероховатости. В [3—5] описаны сложные вихревые течения и из- менение их структуры в зависимости от режимных па- раметров и геометрии углублений на гладкой стенке. Сравнительный анализ эволюции вихревого течения в элементарной ячейке [4, 5] подтвердил существенное влияние пространственного характера движения жид- кости. Увеличение плёночного числа Рейнольдса приво- дит к существенной интенсификации вихревого течения в ячейке, что вызывает усиление интенсивности цирку- ляционного течения основного крупномасштабного вихря, а также увеличивает размеры вторичных угловых вихрей. Отмечено, что при достижении Red ≈ 400 на дне ячейке по- степенно формируется срединная зона квазидвухмерного отрывного течения. Кроме того, при небольших числах Рейнольдса (Red ≈ 100) на боковых стенках формируется закрученный струйный поток, который направлен к оси ячейки. Таким образом, наличие сложного вихревого движения в элементарной ячейке сетчатого покрытия ка- нала, фокусирующих точек и линий стоков даже при не- больших числах Рейнольдса повлияет на гидродинамику плёночного течения при плотностях орошения, близких к минимальным. Экспериментальное исследование гидродинамики плё- ночного течения в каналах с сетчатым покрытием. Влияние динамического воздействия потока газа на процесс нару- шения сплошности течения, сопровождающееся разрывом плёнки и переходом в ручейковое течение, исследовалось на экспериментальном стенде, представляющем собой гидродинамический контур, состоящий из эксперимен- тального участка, приёмного коллектора, систем подачи, регулирования и замера расхода газа и жидкости, измери- тельной системы, соединительных трубопроводов и регу- лировочных вентилей. Погрешность определения толщины плёнки в момент её разрыва при различных скоростях газового потока кон- тактным методом может оказаться значительной из-за на- рушения гидродинамики потока в элементарной ячейке сетчатого покрытия, вызванного нарушением структуры течения плёнки измерительным щупом, а также слож- ностью точной юстировки его в ячейке сетки. Поэтому момент разрыва плёнки определялся косвенным спосо- бом — по изменению показаний термопар, фиксирующих значения температуры плёнки жидкости и газового по- тока, вследствие изменения площади плёнки при переходе от плёночного режима течения в ручейковый. При исследовании гидродинамики пленки, гравитаци- онно стекающей по стенке вертикального канала с сетча- тым покрытием, установлен ряд особенностей, связанных с действием капиллярных сил в ячейке сетки. Результаты экспериментальных исследований пред- ставлены в виде зависимости безразмерной толщины плёнки жидкости δ δ ν* = ( )23 g , отнесённой к безразмер- ному комплексу Bo0 5 1, cos⋅ −( )   θ (здесь θ — краевой угол смачивания; Bo — число Бонда), от плёночного числа Фруда, которое характеризует объёмную плотность ороше- ния. Плёночное число Фруда определялось как Fr = ⋅ ⋅( ) Q g m δ δ 0 5, , где Qm — объёмная плотность орошения; d — средняя тол- щина плёнки жидкости; g — ускорение свободного паде- ния. Число Бонда Bo ( 0,5 = −( )( ) d gσ ρ ρ6 3 , где σ — сила поверхностного натяжения; ρ — плотность среды. Эксперименты проводились в широком диапазоне из- менения значений числа Фруда: от Fr = 0,25, которое со- ответствовало полностью затопленной сетчатой структуре, до Fr = 0,003, при котором происходит переход течения пленки под сетчатое покрытие. Результаты исследования зависимости минималь- ной толщины гравитационно стекающей плёнки жидко- сти по вертикальной поверхности с сетчатым покрытием от плотности орошения представлены в табл. 1. Таблица 1 Минимальная толщина плёнки жидкости, гравитационно стекающей по поверхности Авторы Red d, мм Воронцов Е.Г. [3] 2,29...4,12 0,06…0,108 Watanabe K., Munakata T., Mutsuda A. [4] 3,25 0,0845…0,153 Simon F., Hzu Y.Y. [5] 3,45 0,145 Результаты данного исследования 2,75...3,2 0,05…0,07 Представленные экспериментальные данные хорошо согласуются с результатами исследований других авторов [3—5]. Исследование зависимости локальной толщины гра- витационно стекающей пленки жидкости по поверхности с сетчатым покрытием от плотности орошения (рис. 1) по- зволило выделить характерные области устойчивого пле- ночного течения жидкости в зависимости от плотности орошения и геометрии сетчатого покрытия: I — область полностью затопленного сетчатого покрытия; II — область, в которой пленка находится в верхних пределах сетчатого покрытия. Область I характеризуется пропорциональным из- менением толщины плёнки в зависимости от плотности орошения. В этой области характер изменения толщины плёнки на стенке с сетчатым покрытием идентичен из- менению толщины плёнки при течении в вертикальных каналах с гладкими стенками [6]. Для области II характерна стабилизация толщины плёнки в пределах геометрических размеров сетчатого покрытия. Изменение плотности орошения не приводит к значительному изменению толщины. Превалирующими в этой области являются силы поверхностного натяжения, ж г 24 ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014 В. Е. Туз, Н. Л. Лебедь, И. К. Лебедь которые удерживают плёнку в структуре сетчатого покры- тия. Полученные данные исследования гидродинамики плёночного течения по поверхности с сетчатым покрыти- ем позволяют определить область устойчивой работы се- парационного устройства (область II). Верхняя граница режима работы сепарационных устройств определяется условиями взаимодействия дви- жущегося потока пара и гравитационно стекающей плён- ки, что характерно для области I. Наличие возмущения потока пара приводит к возникновению двух- и трёхмер- ных волн на поверхности плёнки. Увеличение амплитуды волны способствует срыву капель с гребней, а процесс взаимодействия двухфазных систем определяется крите- рием устойчивости Kw, который, в свою очередь, зависит от параметров плёночного течения. Баланс расхода пленки жидкости и газового потока, ко- торый определяет верхнюю границу процесса вторичного уноса капель с поверхности плёнки, зависящую от плот- ности орошения, геометрических характеристик канала, размера сетки и физических свойств жидкости и газа, обобщается с погрешностью ±7 % зависимостью Kw = ⋅ ⋅−2 09 0 14 0 5, ., ,Fr Bo (1) В результате проведенных исследований по определе- нию нарушения устойчивости режимов движения двух- фазного потока [9, 10, 11] составлена карта режимов тече- ния. Выделив из всего спектра возможных только режимы, характерные для работы сепарационных устройств, т. е. те, при которых осуществляется противоточное движение гравитационно стекающих плёнок и потока газа до кри- зисного явления, сопровождаемого срывом капель жидко- сти с поверхности пленки, можно отметить, что граница устойчивого течения пленки по стенкам вертикального канала с сетчатым покрытием значительно расширена по сравнению с каналами, имеющими гладкие стенки (рис. 2). Кроме того, с ростом характерного размера сетки (S/dпр ) в исследуемом диапазоне расширяются границы устойчивой работы сепарационных устройств. Выводы В отличие от гладкой поверхности, где условие разрыва плёнки определяется физическими свойствами жидкости, смачиваемостью поверхности и зависит от баланса сил, действующих на элементарный объём плёнки, для поверх- ности с сетчатым покрытием необходимо дополнительно учитывать капиллярные эффекты в ячейке сетки. Гидродинамический кризис при взаимодействии гра- витационно стекающей пленки жидкости и восходящего потока газа, который соответствует началу процесса ка- пельного уноса, зависит от плотности орошения, геоме- трических характеристик канала и сетчатого покрытия, физических свойств жидкости и газа. Экспериментальные данные по определению нижней границы процесса капельного уноса, которые обобщены зависимостью (1), показали, что граница устойчивого Рис. 1. Зависимость толщины пленки жидкости от плотности орошения при гравитационном течении в вертикальных каналах с сетчатым покрытием в безразмерном виде. Размер ячейки в свету: 1 — 0,63×10–3 м; 2 — 0,50×10–3 м; 3 — 0,40×10–3 м Рис. 2. Устойчивость гравитационного плёночного течения при противоточном движении жидкости и пара: 1 — данные Сорокина Ю. Л. [7, 8]; 2 — экспериментальные данные, полученные авторами статьи ISSN 2073-6237. Ядерна та радіаційна безпека 2(62).2014 25 Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС течения пленки по стенкам канала сепарационного устройства с сетчатым покрытием значительно расширена по сравнению с каналами, имеющими гладкие стенки. Список использованной литературы 1. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг [пер. с нем.]. — М. : Наука, 1974. — 711 с. 2. Касилов В. Ф. Справочное пособие по гидродинамике для теплоэнергетиков / В. Ф. Касилов. — М. : МЭИ, 2000. — 370 с. 3. Воронцов Е. Г. О минимальной плотности орошения вер- тикальных плёночных аппаратов /Е. Г. Воронцов // ИФЖ. — 1968. — Т. 14, № 4. — С. 1075—1078. 4. Watanabe K. Minimum wetting rate on wetted — wall colum — correlation over wide range of liquid viscosity /K. Watanabe, T. Mu- nakata, T. Mutsuda // Journal of Chemical Engineering of Japan. — 1975. — Vol. 8, № 1. — P. 75—77. 5. Simon F. F. Thermocapillary induced breakdown of a falling liq- uid film / F. F. Simon, Y. Y. Hsu // NASA Technical Note. —D-5624, Washington. — 1970. — № 1. — P. 133—138. 6. Безродный М. К. Процессы переноса в двухфазных тер- мосифонных системах. Теория и практика / М. К. Безродный, И. Л. Пиоро, Т. О. Костюк — К. :Факт, 2005. . — 704 с. 7. Сорокин Ю. Л. Об условиях устойчивости некоторых режи- мов движения газожидкостных смесей в вертикальных трубах / Ю. Л. Сорокин // Журн. прикл.и техн. физики. — 1963. — № 6. — С. 150—165. 8. Сорокин Ю. Л. О режимах течения газожидкостных сме- сей / Ю. Л. Сорокин, О. Л. Пушкина // Труды ЦКТИ. — 1964. — Вып. 47. — С. 72—82. 9. Кутателадзе С. С. Гидродинамика газожидкостных си- стем / С. С. Кутателадзе, М. А. Стырикович. — М.-Л. : Госэнер- гоиздат, 1958. — 354 с. 10. Живайкин Л. Я. Течение плёнок жидкости по вертикаль- ной поверхности / Л. Я. Живайкин, В. П. Волгин // Журн. прикл. химии. — 1961. — Т. 34, № 6. — С. 1236—1243. 11. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения: Пер. с англ. Г. Уоллис. — М. : Мир, 1972. — 237 с. References 1. Schlichting G. Theory of boundary layer / G. Shlihting [trans- lated from German]. — Moscow : Nauka, 1974. — 711 p. (Rus) 2. Kasilov V. F. Handbook on hydrodynamics for power system [directory] / V. F. Kasilov. — Moscow : MEI, 2000. — 370 p. (Rus) 3. Vorontsov E. G. On the minimal irrigation density vertical film devices / E. G. Vorontsov // IFZh. — 1968. — Vol. 14, № 4. — P. 1075—1078. (Rus) 4. Watanabe K. Minimum wetting rate on wetted—wall colum— correlation over wide range of liquid viscosity /K. Watanabe, T. Mu- nakata, T. Mutsuda // J. Chem. Eng. Japan. — 1975. — Vol. 8, № 1. — P. 75—77. (English) 5. Simon F. F. Thermocapillary induced breakdown of a falling liquid film / F. F. Simon, Y. Y. Hsu // NASA Techn. Note D—5624, Washington. — 1970. — № 1. — P. 133—138. (English) 6. Bezrodny M. K. Transfer processes in two-phase thermosy- phon systems. Theory and practice / M. K. Bezrodny, I. L. Pioro, T. O. Kostyuk. — Kiev : Fact, 2005. — 704 p. (Rus) 7. Sorokin Yu. L. On stability conditions for some modes of mo- tion—liquid mixtures in vertical pipes / Yu. L. Sorokin // Zh. prikl. and tehn. physics. — 1963. — № 6. — P. 150—165. (Rus) 8. Sorokin Yu. L. About flow regimes of gas—liquid mixtures / Yu. L. Sorokin, O. L. Pushkina // Proceedings CKTI. — 1964. — Iss. 47. — P. 72—82. 9. Kutateladze S. S. Hydrodynamics of gas-liquid systems / S. S. Kutateladze, M. A. Styrikovich. — Moscow; Leningrad : Gos- energoizdat, 1958. — 354 p. (Rus) 10. Zhivaikin L. Ya. For liquid film on a vertical surface / L. Ya. Zhivaykin, V. P. Volgin // Journal of Applied Chemistry. — 1961. — V. 34, № 6. — P. 1236—1243. (Rus) 11. Wallis G. Dimensional two-phase flows [translation from Eng- lish] / G. Uollis. — Moscow : Mir, 1972. — 237 p. (Rus) Отримано 24.04.2014.

Гидродинамика сепарационных устройств технологического оборудования АЭС

Репозитарії

Схожі ресурси