Способ определения расхода жидкости в паровом ядре двухфазного потока теплоносителя Советский патент 1991 года по МПК G01K17/06 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при исследовании двухфазных потоков, в частности, при определении распре- деления жидкости между ядром потока и пристенной пленкой преимущественнсэ в области дисперсно-кольцевого режима течения.

Целью изобрегения является расширение возможностей способа за счет определения расхода (количества) жидкости в пристенной пленке.

На чертеже представлена принципиальная схема осуществления способа.

Схема включает парогенерирующий канал 1, нагрев теплоносителя в котором осуществляется за счет тепла, выделяемого в стенке канала При непосредственном пропускании тока через стенку трубы, токоподводы 2, с помощью которых подводится напряжение термопары 3 служат для фиксации кризиса теплоотдачи и приварены к наружной стенке трубы. Шунт служит для создания адиабатического участка на канале и выполнен из медного ии- нопровода. Адиабатический участок создают также путем установки холодильника, при этом температуры стенки канала и температуры стенки канала в месте установки адиабатического участка должны быть равны. Последн1зе позволяет исключить выпадение капель из ядра потока, связанное с их конденсацией. Измеряя критическую мощность канала без адиабатического

сд 00 о со

GO

учпсткл и при его наличии из уравне- ип баланса, можно определить массо- П1,1й расход жидкости в ядре и в пленке, т.е. определить структуру двухфаз ного потока.

Действительно, составим два балан- сопых уравнения: для сечеиия конца адиабатического участка а,- (1) и для сечения начала адиабатического.участ- ка i - (2) по направлению движения потока теплоносителя:

G

4N кр II

-- GI

«;.л

G

- G

.1

- G;

ПА

+ G

Я

(1) (2)

де G,

4N

кр

г г

i

30

G .

ПА

-расход теплоносителя через каналу

-разность критических мощностей на канале с адиабатическим участком и без не- 25 го при равных обогреваемых длинахj

-массовые расходы пара на выходе из канала (сечение кри зиса К) и на входе в адиабатический участок (сечение i) , где G.

-массовый расход жидкости в пленке на входе в адиабати ческий участок{

-массовый расход жидкости в ядре потока на входе в адиабатический участок,

-массовый расход жидкости, выпадаюи1ей за адиабатическим участком, т.е. от сечения выхода из адиабатического участка (сечение а) до сечения выхода из канала (сечение К), из ядра потока д5 на пристенную пленку.

Подставив выражение (2) в выражение (3) и преобразовав, получим

G

35

я

G

Я

р

40

G

9 а

кр

С„(1

.

(3)

X

Р

-массовое паросодержание на выходе из канала, соответ- ;твующее кризису теплоотдачи;

- скрытая теплота парообраЗОРгП ИЯ.

Таким образом, из урапнеиип (3) можно oг peдeлить расход жидкости в ядре потока с точностью до члена Я ст к томностью до количества жидкости, в ыпадающей из ядра потока на стенку канала на участке от выхода из. адиабатического участка до выходного сечения канала. При определении структуры потока в канале в области плросодержаний х , где Хрр - граничное паросодержание, определяемое из эксперимента, член С а вносит ошибку, равную 8 от G - . Следовательно, расход жидкости и ядре потока определяется по формуле

,

God - )

W

Для определения расхода жидкости в пленке в пристенных областях из уравнения (.) подстановкой в него выражения (k получим

°

кр

(5)

Массовый расход пара G , в сечении i определяется из уравнения баланса

,(6)

G, Г

д5

5

где 1, 1

их

40

П

1.

50

-энтальпия теплоносителя на линии насыщения и энтальпия теплоносителя на входеJ

-обогреваемый периметр ка нала,

-координата сечения начала адиабатического участка;

q - плотность теплового потока.

Длина адиабатического участка выбирается из следующих соображений. Для получения максимального приращения мощности на канале с адиабатическим участком по сравнению с каналом без такового необходимо, чтобы на длине 1 выпало максимальное количество жидкости из ядра потока. Это возможно в том случае, когда на адиабатическом участке устанавливается гидродинамически равновесное состояние двухфазной смеси. Длина канала, при которой расход жидкости

01

в пленке становится равным равнооес- ному, составляет ClOOd независимо от условия ввода фаз, d - гидравлический диаметр канала.- Таким образом, при проведении измерений слелует 1, выбирать равным lOOd,

Способ осуществляется следующим обра зом.

Создается адиабатический участок на канале. Далее, добавляют длину обогреваемой части канала на Ij - длину адиабатического участка и измеряют критическую мощность канала с адиабатическим участком, Критическую мощность определяют путём измерения температуры стенки канала при ступенчатом изменении подводимой электри-. ческой мощности. Определяется критическая мощность на канале без адиабатического участка. Находится приращение мощности для канала с участком и без него и по формулам (4) и (5) определяется расход жидкости. Перемещая адиабатический участок по длине канала и повторяя весь цикл измерений, удается определять структуру потоки по длине канала.

С помощью данного способа определяли структуру двухфазного потока в трубе, выполненной из стали Х18Н9Т, внутренним диаметром 10,75 мм и длиной 6 м. Обогрев производился непосредственным пропусканием тока через стенку канала. Массовая скорость составляла 2000 кг/см -с, давление ,7,0 МПа, температура воды на входе . Эксперименты показали, что данный способ позволяет определять

расходные составляющие двухфазного потока в области диспе.рсно-кольцево- го режима течения в диапазоне давлений 5-1 г О МПа, массовых скоростей 500-3000 кг/см -с, тепловых потоков 0,5-2,5 МВт/м .

Формула

зобретения

Способ определения расхода жидкости в паровом ядре двухфазного потока теплоносителя в области дисперсно- кольцевого режима течения, заключающийся в подводе тепла к стенке канала с одновременным измерением ее температуры, измерении рсюхода теплоносителя, определении критической мощности канала, соответствующей моменту наступления кризиса теплоотдачи, с последующим расчетом расхода жидкости в паровом ядре двухфазного потока, отличающийся тем, что, с целью расширения функци-. ональных возможностей за счет обеспечения возможности определения расхода жидкости в пристеночной пленке теплоносителя, на стенке канала в заданном сечении по длине создают адиабатический участок длиной

100d, где d - диаметр канала, увеличивают обогреваемую длину канала на величину адиабатического участк«1, определяют критическую мощность канала с адиабатическим участком, соответствующую моменту наступления кризиса теплоотдачи, и по измере 1ным величинам определяют расход жидкости в пристеночной пленке теплоносителя.

Изобретение относится к технической физике, может быть использо:ванб при опрелелеиий распределения жидкости между ядром потока и пристенной пленкой, преимущественно в области дисперсно-кольцевого режима течения, для определения структуры, двухфазного потока в каналах. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности за счет обеспечения возможности определения расхода жидкости в пристеночной пленке теплоносителя. В заданном сечении по длине канала создают адиабатический участок длиной , где d - диаметр канала, увеличивают обогреваемую длину канала на величину адиабатического участка, определяют критическую мощность канала с адиабатическим участком и без него, соответствующую моменту наступления кризиса теплоот дачи, и по приведенной расчетной зависимости определяют расход жидкости в пристеночной пленке. 1 ил. у