Вибрационные процессы в двухфазных средах и их влияние на тепломассобмен тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

РГО

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ ( Технический университет }

0/1

На правах рукописи

НИГМАТУ1ИН Раис Искандрович

ВИБРЛЦИСНШЕ ПРОЦЕССЫ В ДВУХФАЗНЫХ СРЕДАХ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТЕШШАССООШЕН

Специальность 01.02.06 - Динамика к прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Институте машиноведения им. А.А.Благон-равова РАН

Научный консультант - академик РАН Р.Ф.ГАНИЕВ

Официальные оппоненты: - член-корреспондент РАН Ы.А.Ильгамов

- доктор технических наук, профессор Ю. А.Кузыа-Кичта

- доктор физико-математических наук, профессор Ю.Н.Новичков

Ведущая организация - Энергетически? институт им. Г.Ц.Крчснчановс-

кого

Защита диссертации состоится " не " июня 1994 г. в у/^часов на заседании, специализированного совета Д С53. Т8.07 Московского государственного авиационного института ( Технический университет ) по адресу:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Автореферат разослан "_ // " мая 1994 г.

Учёный секретарь специализированного совета

Б. Н.Зайцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАбОТЫ

Актуальность. Во многих отраслях современной промышленности (энергетике, химии, нефтехимии и т.д.) приходится сталкиваться с двухфазными средами. Наиболее распространенными объектами, в которых рабочей средой служат двухфазные среды, являются установки, используемые в энергетической и нефтеперерабатывающих отраслях промышленности (атомные и тепловые станции, газо- и нефтепроводы, эрлифты, химические реакторы и т.д.).

Наметившееся в последнее время повышение требований к безопасности ряда объектов, а также уменьшение металлоемкости установок и необходимость интенсификации производств, связанных с использованием двухфазных сред, ставят задачу исследования процессов, происходящих в двухфазных средах, в ряд наиболее актуальных задач механики.

Одним из распространенных предметов исследования механиков являются процессы, происходящие при течении двухфазных смесей- в трубах. Эти процессы имеют место во многих из отмеченных выше отраслей промышленности (оборудование ТЭЦ, АЭС, нефтепереработка и др.).

Следует отметить, что во многих отраслях техники, в частности, в энергетике трубопровода подвергаются значительным вибрационным нагрузкам, которые могут возникать как из-за внешних воздействий, так и по причине пульсаций расхода рабочей среды. Подавляющее большинство работ, посвященных экспериментальному исследованию локальных характеристик при течении двухфазных смесей (пароводяных, газожидкостных) проводились в отсутствии внешних вибрационных воздействий и при отсутствии пульсаций расхода. смесей, которые, как указывалось выше, часто имеют место в реальных условиях. Вместе с тем, такого рода вибрации и пульсации

_ А -

расхода могут оказывать существенное влияние на гидродинамические параметры потока, и на процессы теияоотвода с греющей стенки (в атомном реакторе, парогенераторе и т.д.) что в конечном счете является одной из причин аварийных ситуаций, что особенно опасно на АЭС. Поэтому исследование физических процессов, протекающих в трубопроводных системах при наличии внешних поперечных вибраций, а также изучение влияния пульсаций расхода на эти процессы, в настоящее время является актуальной задачей.

Одной из важных задач теплофизики является изучение процессов кипения и закономерностей тепло- и массообменных процессов. Необходимость интенсификации многих тепло- и массообменных процессов привела к разработке ряда способов повышения их эффективности, одним из которых является вибрационное воздействие на многофазную среду.

Целью работы является: проведение исследований по гидродинамике газожидкостных потоков дисперсно-кольцевой структуры в трубе при внешнем динамическом (поперечные вибрации) и внутреннем (пульсации расхода) воздействиях, а также исследование динамических процессов в двухфазных средах в замкнутых объемах, в частности: I) разработка методов диагностики гидродинамических характеристик газожидкостных потоков в отсутствии и при наличии поперечных вибраций и при пульсациях расхода рабочей среды; 2) проведение экспериментальных и численных исследований, позволяющих определить степень влияния вибраций и пульсаций на гидродинамические параметры потока; 3) исследование процессов, связанных с моделированием пузырькового кипения в условиях свободной конвекции барботажем хидкости газом; 4) исследование температурного фактора и физических свойств жидкости на

виброперемешивание.

Научная новизна

Разработаны новые метода диагностики гидродинамических характеристик газожидкостных дисперсно-кольцевых потоков, с помощью которых впервые получен большой объем экспериментальных данных в круглой трубе при внешнем поперечном воздействии и при наличии пульсаций расхода. Предложен комплекс соотношений для силового взаимодействия между ядром и пленкой, а также зависимости для определения расхода жидкости в пленке при внешних поперечных вибрациях и при пульсациях расхода. Предложены новые методики и проведены численные исследования гидравлического сопротивления и расхода жидкости в пленке газожидкостных потоков в трубе в стационарных условиях, а также в нестационарных условиях в случае внешних вибраций или пульсаций расхода. Получены новые критериальные соотношения для условия возникновения кризиса, связанного с разрушением пузырьковой структуры пристенного слоя. Даются рекомендации по дальнейшему исследованию. Выработаны рекомендации по виброперемешиванию нагретых жидкостей с различными физическими свойствами.

Автор защищает

I) Разработку и реализацию следующих методов диагностики гидродинамических характеристик газожидкостного

дисперсно-кольцевого потока при внешних вибрациях и пульсациях расхода: резистивно-емкостной метод и датчик для измерения толщины

- с -

и структуры волновой поверхности пленки; метод измерения расхода жидкости в пленке путем отсоса ее через вставку - имитатор.

2) Впервые полученный большой объем экспериментальных данных при внешних поперечных вибрациях и при наличии пульсаций расхода: по расходу жидкости в пленке, толщине и структуре волновой поверхности ее, гидравлическому сопротивлению.

3) Методики и результаты численного исследования по определению гидродинамических характеристик дисперсно-кольцевого потока при внешних поперечных вибрациях и при наличии пульсаций расхода.

4) Полученные новые критериальные соотношения для условия возникновения кризиса, связанного с разрушением пузырьковой структуры пристенного слоя.

5) Разработанные рекомендации по виброперемешиванию нагретых жидкостей.

Практическая ценность

Полученные данные о влиянии внешних поперечных вибраций и пульсаций расхода на гидродинамические параметры при течении газожидкостных потоков в трубе позволяют моделировать эти процессы в трубопроводных системах, в частности для учета влияния вибраций и пульсаций расхода теплоносителя на теплофизическую надежность и критическую мощность тепловыделяющих сборок реактора типа РБМК.

Экспериментально обоснована эффективность применения волновой технологии для интенсификации ряда типовых технологических процессов в замкнутых объемах и в трубопроводных системах.

Полученные на основе анализа большого числа экспериментальных

данных, критериальные соотношения для расчетов критических режимо: и коэффициента теплоотдачи, физически обоснованы и являются очен: удобными для практического использования.

Разработанные рекомендации по моделированию пузырьковоп кипения барботажем указывают практические пути дальнейшей целенаправленного исследования.

Достоверность и обоснованность выводов обеспечиваете! комплексным характером исследований, привлечением дублирующю методик и современных измерительных средств, метрологически! контролем. Результаты экспериментов, теоретических оценок I численного моделирования согласуются между собой, подтверждайте? данными других авторов, промышленными испытаниями прикладных разработок.

Апробация. Основные положения диссертационной работы, отдельные ее результаты докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзной конференции по тепломассообмену (г.Минск) в 1984 г., на VII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" (г. Ленинград) в 1985 г., на VI Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (г. Ташкент) в 1986 г., на I - м Минском международном форуме по теплообмену (г. Минск) в 1988 г., на VI Национальном конгрессе по теоретической и прикладной механике (г. Варна, Республика Болгария) в 1989 г., на и - м Минском международном форуме по теплообмену (г. Минск) в 1992 г., на научных семинарах Отдела вибротехники Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН и других научных конференциях и научных сессиях.

Публикации. По результатам исследования опубликовано 17 печатных работ и выпущен ряд научно-исследовательских отчетов.

Объем работы. Диссертация состоит из Введения, четырех Глав, Основных результатов работы и Списка литературы, изложенных на Ш страницах машинописного текста, из них &9 страницы рисунков. Список литературы включает 99 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена цель, всесторонне охарактеризована ее направленность и изложено краткое содержание по главам.

В первой главе обсуждаются вопросы, связанные с многообразием форм течения двухфазных сред в трубах. Даются определения различным режимам течения и обсуждаются методы изучения и классификации их.

Подчеркивается, что одной из наиболее характерных форм течения двухфазных смесей в трубопроводных системах энергетического оборудования является дисперсно-кольцевой режим течения, который характеризуется наличием двух областей течения: пристенной жидкой пленкой и газового ядра потока с диспергированными в нем каплями. Вследствии динамического взаимодействия между газокапельным ядром и. жидкой пленкой на поверхности последней могут возникнуть крупномасштабные волны, с гребней которых происходит унос капель в ядро потока. Одновременно часть капель из ядра потока за счет турбулентной диффузии осаждается на пленку.

Рассмотрены основные уравнения, описывающие

дисперсно-кольцевую модель течения в трубах. Обсуждаются соотношения, описывающие силовые и массообменные процессы между

компонентами двухфазной среда в дисперсно-кольцевых потоках.

Делается вывод, что для замыкания системы дифференциальны* ' уравнений необходимо экспериментально определить члены, характеризующие межфазное силовое взаимодействие и массообменные процессы. Показано, что основная масса работ посвлщенг исследованию процессов, протекающих в вертикальных каналах. Кроме того, отсутствуют работы по определению гидродинашческш параметров дисперсно-кольцевых потоков в горизонтальных трубах при наличии вибраций и пульсаций расхода, хотя в реалькыг энергетических установках имеют место вибрации трубопроводам систем и пульсации расхода теплоносителя, которые могут привести р аварийным ситуациям.

Во второй главе приведены результаты исследования гидродинамических параметров дисперсно-кольцевых газожидкссткыг потоков в горизонтальной трубе как в отсутствии, так и при нэличш внешних поперечных вибраций. Даны описания разработанных автором экспериментального гидродинамического стенда, основных узлов и методик измерений гидравлического сопротивления, толщины пленки в ее волновых характеристик, расхода жидкости в пленке.

Проведенный анализ опытных точек свидетельствует о том, чтс наибольшее влияние на измеряемые гидродинамические параметрн оказывает амплитуда вибраций. В то же время влияние частота внешних вибраций носит неоднозначный характер.

На рис. I представлены опытные точки, полученные при р = 0,2 МПа, б = 1500 кг/>^с и расходе жидкости тг = о,1вз кг/с I координатах тг/ю° (пг, м° - расход жидкости в пленке при наличии к в отсутствии вибраций соответственно) и амплитуды а/я при разныг частотах. Видно, что с увеличением амплитуда вибраций pacxo^

жидкости в пленке убывает. Причем можно отметить, что наиболее существенное влияние происходит в относительно узком диапазоне частот f и е зо Гц), что, по-видимому, связано с резонансными эффектами в жидкой пристенной пленке. Это видно из рис. 2, где приведена зависимость расхода жидкости в пленке от частоты при разных амплитудах вибраций. Такой вид зависимости характерен для большинства экспериментальных точек.

Делается вывод, что рост перепада давления за счет вибраций может происходить как при увеличении расхода жидкости в пленке (большая толщина пленки), так и при уменьшении. В первом случае рост давления определяется увеличением волновой поверхности пленки ("шероховатости") из-за дополнительного осаждения жидкости из ядра потока; во втором случае - дополнительным срывом капель с поверхности пленки, которые нужно разогнать.

Даны обобщения экспериментальных результатов и представлены результаты численного исследования основных гидродинамических параметров при внешних поперечных вибрациях, которые свидетельствуют о том, что предложенная методика расчета влияния поперечных вибраций на гидродинамическое сопротивление и расход жидкости в пленке достаточно хорошо описывает экспериментальные результаты.

Третья глава посвящена исследованию гидродинамических параметров газожидкостных потоков в трубе в стационарном режиме и при наличии пульсаций расхода. Дано описание основных узлов, позволяющих создавать и измерять пульсации расхода рабочей среды.

Анализ результатов, полученных в стационарных режимах и при наличии пульсаций расхода показал, что относительный перепад давления Лр/Др° (где лр° - перепад давления в отсутствии

пульсаций) с возрастанием частоты пульсаций, как правило, увеличивается, а относительный расход жидкости в пленке т2/м° (т° - расход жидкости в безпульсационном режиме) меняется немонотонно с точкой минимума. Из рис. 3 можно видеть, что наиболее существенное влияние (уменьшение т2/ш° до 40%) происходит в относительно узком частотном интервале 20*40 Гц.

Дано обобщение экспериментальных данных, которое позволило предложить методику расчета коэффициента сопротивления между

расч.

вызванного

газокапельным ядром и жидкой пленкой лс^ пульсациями расхода. Для этого, зная начальные параметры т^ и (расход газа и жидкости соответственно) можно рассчитать т° и 6° (среднегеометрическая толщина пленки) по предложенным соотношениям

- = 3,8

п.

1 +

-0,2

= 27,5

9

Не"0'7; Ле = 9 9

р V О

Влияние частоты пульсаций расхода можно описать следующими полученными зависимостями:

г -

= 0,4

1+1' Г

= 0,4

.2

1 + 1

где { = t/f1l (где ^ - характерная частота, при которой влияние пульсаций максимально).

Далее определяем приращение коэффициента сопротивления за счет "шероховатости" при наличии пульсаций с помощью полученной

I

г

эмпирической формулы

а выражение для коэффициента сопротивления с° за счет "шероховатости" в стационарном режиме имеет вид

i.i

С° = 0,005 + 0,84

Предполагая, что расход жидкости в пленке на входе в рабочий участок в режимах с пульсациями и без пульсаций одинаков, можно рассчитать приращение коэффициента сопротивления за счет массообменных процессов

„о шг

дс =

' Дг-ЩК - 5- Уг0.) Ах-гЦ* - - У^)

Таким образом, зная расхода газа и жидкости, можно по предложенной методике определить приращение полного коэффициента сопротивления за счет пульсаций расхода

дсрасч. _ д_ + дс 12 6 1'

которое совпадает с дс^сп- с точностью ±20%.

В четвертой главе представлены результаты исследований динамических процессов в двухфазных средах в замкнутых объемах.

В первой части главы дан анализ экспериментальных данных по критической скорости вдува, оттесняющей жидкость и по теплоотдаче в условиях свободной конвекции. Подчеркивается, что идея моделирования пузырькового кипения барботахем, т.е. исследование гидродинамических процессов, происходящих при кипении и в

"холодном" эксперименте, выдвинутая С.С. Кутателадзе, оказалась весьма плодотворной и в полной мере была реализована , для исследования кипения и барботаяа на горизонтальной поверхности, обращенной вверх, в поле силы тяжести в условиях свободной конвекции в работах С.С, Кутателадзе, М.А. Стыриковича и М.Г. Маленкова.

Дан анализ параметров, влияющих на величину критической скорости вдува газа и*, при которой нарушается стационарная пузырьковая структура пристенного слоя. Критическая скорость помимо условий, определяющих образование и отрыв пузырей, зависит и от отвода пузырей из этого пристенного слоя, а отвод пузырей из слоя зависит от размера образующихся пузырей или частоты их отрыва, что в свою очередь зависит от поверхностного натяжения а, плотности р1 и вязкости жидкости дг, а также от ускорения силы тяжести д. Кроме того частота отрыва, определяющая размер пузырей, может зависеть от давления жидкости р, так как отрыв пузырей есть колебательный процесс, зависящий от сжимаемости газа, определяемой давлением р.

Критическая скорость вдува при которой нарушается

стационарная пузырьковая структура пристенного слоя в общем случае может зависеть от следующих параметров

** = £ (Р9,Рг,И(?,Мг,о-,Р,д) (1)

которые образуют пять независимых безразмерных критериев, например:

р

* = - ; р = ; =

:(сгд) р(сгд) рГС(<т^)-5(<г^)

р = р, / рг; Ц = Д9 / Д£ (2)

Л<гд)

= рДс'"*»)2 = .

Искомая зависимость может быть представлена в безразмерном виде:

= г[р, р, л). о)

С.С. Кутателадзе были введены безразмерные параметры к*, М:

Д<гд)

м =

/

(4)

°<ЗР,

которые легко выразить через безразмерные параметры (2):

к* с ы*.

м =

р / р

Эксперименты показали, что

к* = | Р г Ю5 * ХО ; р =

10

10

1

(5)

(б)

То что в эту зависимость для критической скорости вдува, имеющей по порядку значениел/1 м/с, входит скорость звука в газе, рассматривалось (С.С. Кутателадзе и И.Г. Маленков) как капиллярно-акустический парадокс.

Показано, что вывод о парадоксальном влиянии акустических свойств газа и малого числа (Маха) М на оттеснение жидкости газом есть следствие только обработки экспериментов в виде (4)-(6). Этот вывод отражает не существо дела, а относится лишь к параметру к„,

т.к. в. него включен множитель

з , хотя плотность газа р„ практически не влияет или влияет очень слабо (как р^/6.' если к* имеет порядок н^3) на критическую скорость вдува.

к

Относительно влияния вязкости на процесс оттеснения жидкое! от пористой пластины можно заметить, что увеличение вязкости замедляя подъем пузырей, увеличивает газосодержание пристенног слоя, облегчая его разрушение. Влияние вязкости отчаез ослабляется тем, что увеличение и1 приводит к увеличению размер пузырей (видимо б2 того же порядка, -что и что в какой-то мер компенсирует уменьшение скорости подъема пузырей. Этот выве подтверждается результатами опытов по барботажу и кипению изображенных на рис.4. Следует отметить, что экспериментальны точки для кипения щелочных металлов, соответствующие малы значениям й(сгд', обрабатывались по полному тепловому потоку (т.е принималось V = %/рсд). Остальные экспериментальные точки п барботажу и кипению с выделением свидетельствуют, что пр ¿¡(^д) < 10-г вязкость не влияет на значение к* (см. рис. 4), а пр

> 10-г с р0СТ0М значе^-ние к* уменьшается, т.е.

ростом вязкости оттеснение жидкости происходит при меньши скоростях вдува.

Эксперименты с барботажем помимо определения критическо скорости вдува, позволяют выделить конвективную составляющу интенсификации теплообмена.

С.С. Кутателадзе и И.Г. Маленков (1376) обобщил экспериментальные данные в виде

2/3

? н, СП

ри

причем при барботаже и определяется измеряемой скоростью вдува н соответствии с (2), а для кипения и рассчитывалось по величине мч соответствующей полному тепловому потоку

\

И = —__________ ; W = - . (8)

ч

I

Р

Так как на парообразование идет только часть равная ч1д <

то w < w .

ч

Обработка в виде (7) экспериментов по теплоотдаче показала, что для кипения = н<кип> = (1,5 ± о,4)•ю*"3, а для барботажа

= 1,5.Ю-3; V-Ü{crg) < IQ"3

\ н* = Н<вдув) = 12) = а/( Й.Д(ад)); 10 -3

= 0,3-Ю"3; Й-П*^ > ю-2

(А = 0,2-Ю"5)

"Холодные" эксперименты по теплоотдаче при барботаже моделируют тепловой поток уносимый жидкостью:

ч. _ к (ВДУВ). нг/з. И _ чгд = - ч. . (10)

С другой стороны в соответствии с обработкой (7), (8)

„ "<кип>- И2'3; (11)

Тогда для оценки доли тепла имеем алгебраическое уравнение

i't = »( 1 " ч^р;

1т (вду в) ,

- К* Ч1 qlg

н „ - ; q. = — ; q = -

Ы<КИП) 4« %

(12)

Для случая н-Д^9' < ю"3, когда н = 1, получим, что qj s 0,6; ч^д е 0,4. Для случая больших потоков пара (и-Д<<гд' > ю'г), характерного для кризиса, когда н в о,2 из (12) можно вычислить qj = в 0,2; q^ — 0,8.

С другой стороны, в "холодных" экспериментах по критическому

вдуву при барботаже моделируется тепловой поток дгд, идущий на парообразование в пристенном слое. Согласно рис. 4 при малых вязкостях (¡¡(<Г9) < ю~2) и состояниях, близких к кртическим, этот тепловой поток определяется величиной к* з зю. Для щелочных металлов, для которых к* вычислялось по полному тепловому потоку, к* з 9оо. Отсюда следует, что для щелочных металлов при около кризисных режимах ч1д / ^ а о,з. Эта цифра сильно отличается от 0,8 - оценки данных по теплообмену.

Для разрешения указанного несоответствия для ч(д / qн в двух типах "холодных" экспериментов необходимо провести эксперименты по критическому вдуву при барботаже в условиях Л(сгд* < ю"3, например, при барботаже ртути воздухом и окончательно удостовериться, что к* а зю и не зависит от д(стд). Тогда эксперименты по теплообмену при барботаже ртути и других жидких металлов должны показать, что параметр и]21, определяющий ч\ / % растет с увеличением теплопроводности жидкости, характеризуемой

, ибо значение н*3> = о,з-ю"э получено из экспериментов по барботажу вода, спиртов и т.д., у которых параметр а*0"9* практически один и тот же, а именно я*0-9* = (о,з + о,5)-ю~3. к значение н£кип) = (1,5 ± о,4)-ю"3 получено в экспериментах по кипению более широкого класса веществ (в том числе и щелочных металлов), охватывающих многократно более широкий диапазон а'^9' = = о.З'Ю"3 + о,24. Для установления зависимости н*3> |л(сгд) | необходимо провести "холодные" эксперименты по теплообмену при барботаже, когда а'0"9* » ю"3, например, при барботаже той же ртути (А«^ 6 0,02).

Вторая часть главы посвящена экспериментальному исследоваюя влияния температурного фактора и физических свойств жидкостей не

процесс виброперемешивания.

Показано, что величина перегрузки аи/д (отношение виброускорения к ускорению свободного падения), необходимая для начала перемешивания, понижается с увеличением температур« при фиксированной частоте.

Экспериментально получено, что изменение коэффициента вязкости в 5 раз мало влияет на величину перегрузки, при которой' реализуется виброперемешивание жидкости при фиксированной частоте.

Делается вывод, что существенное влияние температурного фактора на начало процесса виброперемешивания связано с вскипанием жидкости при вибрационных воздействиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведенный обзор и анализ экспериментальных исследований двухфазных дисперсно-кольцевых потоков показал, что в настоящее время отсутствуют рекомендации по учету влияния внешних поперечных вибраций и пульсаций расхода на гидродинамические характеристики двухфазных потоков.

2. Сконструирован и изготовлен экспериментальный воздушно-водяной стенд для исследования гидродинамических характеристик двухфазных потоков как в отсутствии, так и при наличии внешних поперечных вибраций и пульсаций расхода.

3. Разработаны методики диагностики гидродинамических характеристик газожидкостных потоков в отсутствии и при наличии внешних поперечных вибраций и при пульсациях расхода рабочей среда, в частности, определение расхода жидкости в пленке, измерение волновых характеристик пристенной пленки и скоростей

распространения волн.

4. Получен большой объем экспериментальных данных в отсутствии и при наличии внешних вибраций и при пульсациях расхода рабочей смеси, а именно: опытные данные по перепаду давления, по расходу жидкости в пленке, по волновым характеристикам пристенной пленки.

5. Проведен анализ и обобщение экспериментальных результатов, полученных в трубе длиной 2 и и диаметром 12 мм при течении газожидкостных потоков в дисперсно-кольцевом режиме как в отсутствии, так и при наличии внешних поперечных вибраций, а также при пульсациях расхода рабочей смеси при давлениях р = 0,3; О,'4; 0,5 мПа, УДвЛЬНЫХ МаССОВЫХ расходах С = 250*1500 кг/м2с. В частности, получено, что значение частоты, при которой происходит наибольшее влияние вибраций на характер течения находится в пределах 20+30 Гц. В этом же частотном интервале происходит наиболее существенное влияние пульсаций расхода жидкости на расход жидкости в пленке. Получены выражения для этих характерных частот.

6. На основании проведенных численных исследований получены расчетные рекомендации, позволяющие определить степень влияния внешних поперечных вибраций на гидродинамические параметры дисперсно-кольцевых двухфазных потоков, в частности, получены простые соотношения для определения расхода жидкости в пленке, толщины пленки, коэффициента сопротивления между газокапельным ядром и пристенной жидкой пленкой. Причем увеличение коэффициента сопротивления за счет вибрации в ряде режимов составляло более 50%.

7. Разработана методика расчета, позволяющая определить степень

влияния пульсаций расхода на гидродинамические характеристики дисперсно-кольцевых газожидкостных потоков. Представленная схема дает возможность определить расход жидкости в пленке, вычислить толщины пленок, расчитать коэффициент сопротивления между ядром и пленкой при наличии пульсаций расхода. Получено, что уменьшение расхода жидкости в пленке в ряде режимов составляет 40%, что может привести к значительно более раннему возникновению кризиса теплообмена в ТВЭЛах ядерных энергетических установок (ЯЭУ).

8. Проведено исследование процессов, связанных с моделированием пузырькового кипения в условиях свободной конвекции барботажем жидкости газом. Дан анализ экспериментальных данных по критической скорости вдува, оттесняющего жидкость от стенки и ухудшающей тепловой контакт жидкости со стенкой. Показано, что критическая скорость вдува не зависит от физических свойств газа, в частности от его плотности и скорости звука в кем.

9. Получены новые критериальные соотношения для условия возникновения кризиса, связанного с разрушением пузырьковой структуры пристенного слоя. На основании проведенного анализа экспериментальных данных по интенсификации теплообмена при вдуве газа при пузырьковом барботаже и пузырьковом кипении даны рекомендации для дальнейшего исследования. Необходимо провести эксперименты по критическому вдуву при барботаже в условиях ¡¡(£Гв> < го*3, например, при барботаже ртути воздухом, а также эксперименты по теплообмену при барботаже, когда » ю"3, например при барботаже той яе ртути (х(<Г9,г 0,02).

10. Сконструирована и изготовлена экспериментальная установка для исследования начала виброперемешивания жидкостей в

изотермических условиях. Впервые исследовано влияние температурного фактора на начало процесса виброперемешивания. II. Разработаны рекомендации по виброперемешиванию нагретых жидкостей с, различными физическими свойствами, а именно таких жидкостей, которые в "холодном" состоянии не перемешиваются при тех же параметрах вибрации. Установлено, что при повышении температуры жидкости перегрузки, необходимые для начала виброперемешивания, понижаются. Показано, что изменение вязкости жидкости мало влияет на условие начала виброперемешивания.

• ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Нигматулин Рс.И. Разработка модельных установок и методик для исследования волновых и колебательных процессов в системах твердых и упругих тел с жидкостью и многофазной средой. Глава 7 отчета "Исследование волновых и вибрационных процессов в упругих системах с жидкостью и газом". Отчет о НИР (заключительный) АН СССР. Рук. Ганиев Р.Ф. - * ГР 8I0I388I.' Инв. № 02840052600. - М.,

1983. - 350 с.; ил.

2. Гудушаури Э.Г., Медведев А.Е., Нигматулин Рс.И., Селифанов И.В. Исследование влияния температуры на виброперемешивание жидкостей // Машиноведение. - 1984. - J&I. - с. 40-41.!

3. Ганиев Р.Ф., Гудушаури З.Г., Медведев А.Е., Нигматулин Рс.И., Селифанов И.В. Влияние "вибраций на гидравлическое сопротивление при течении двухфазных потоков в трубе // ТВТ. -

1984. Т. 22, Ä5. - с. I022-1024.

4. Ганиев Р.Ф,, Гудушаури• 3.Г., Медведев А.Е., Нигматулин

Рс.И., Селифанов И.В. Влияние температурного фактора на резонансное виброперемешивание систем жидкость-газ // Тепло-массо-обмен - vii. - Минск., 1984. - т. viii, часть 2. с. 20-24.

5. Нигматулин Рс.и. Исследование волновых процессов в многофазных системах "жидкость-газ-твердое тело" применительно к трубопроводам и элементам энергетических установок. Глава 4 отчета "Исследование нелинейных колебаний, устойчивости движения многофазных систем при вибрационных воздействиях". Отчет о НИР (заключительный) АН СССР. ИМАШ. Рук. Ганиев Р.Ф. - № ГР 0184004713. Ин. Л 02860091016. М., 1985. - 322 е.: ил.

6. Нигматулин Рс.И., Медведев А.Е., Селифанов И.В., Беродзе М.И. Исследование характеристик течения двухфазных дисперсно-кольцевых потоков при наличии внешних вибраций // VII Всесоюзная конференция "Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах" - л., 1985. - т. 2. - с. 338-340.

7. Нигматулин Рс.И. О гидродинамической природе кризиса теплообмена на горизонтальной поверхности в условиях свободной конвекции, в сб. "Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках" Харьков. - 1986. - с. 13-24.

8. Гудушаури З.Г., Нигматулин Рс.И., Медведев А.Е., Селифанов И.В., Беродзе М.И. Исследование влияния вибраций на гидродинамические параметры при течении газожидкостных потоков в трубах, в сб. "Газотермодинамика многофазных потоков в энергоустановках" Харьков. - 1986. - с. 25-31.

9. Гудушаури З.Г., Нигматулин, Рс.И., Селифанов И.В. Исследование гидродинамических характеристик двухфазных дисперсно-кольцевых пульсирующих потоков // VI всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике. - Ташкент., 1986. - с. 229.

10. Нигматулин Рс.И. К вопросу о моделировании пузырькового гашения барботажем // Минский международный форум по теплообмену. - Минск., - с. 154-155.

11. Нигматулин Рс.И. Пузырьковое кипение и его кризис на горизонтальной поверхности в условиях свободной конвекции. § 8 в кн. "Динамика многофазных сред" (Нигматулин Р.И.). М.х; Наука. -1987. - 359 с.

12. Нигматулин Рс.И. Исследование влияния пульсаций расхода на гидродинамические характеристики при течении двухфазных потоков в трубе // vi Национальный конгресс по теоретической и прикладной механике. - Варна. (Болгария). 1989.

13. Нигматулин Рс.И. Исследование газожидкостных потоков в трубе при наличии внешних поперечных вибраций // ТВТ. - 1991. т. 29. Jé 5. - с. 954-960.

14. Нигматулин Рс.И. Влияние вибраций на тепломассообменные процессы при течении двухфазных потоков в трубе // 2-ой Минский международный форум по тепломассообмену. - Минск., IS92.

15. Нигматулин Рс.И. Исследование газожидкостных потоков в трубе при наличии пульсаций расхода // ТВТ. - 1992. т. 30. № 4. с. 768-772.

Рис..*. Зависимость расхода жидкости в пленке/»£///£* от амплитуды вибраций' при разных частотах ■£ : I - / = 75 Гц ; 2 - 30 : 3 - 40 ; 4 - 50.^ Р = 0,3 МПа ; <£ = Т500; Тс =17,8 м/с

0-9

1 * I

оЛ

ЛО Зо Ьо 30

Рис.2.. . Зависимость расхода жидкости в пленке"ъ/м/от частоты вибраций при разных амплиту"ях сил : I -*/<е = о; 106 : 2 - 0,Т32 : 3 - О'Л'ДЗ ; 4 -- 0,264 : 5 - 0,352 ; 6 - 0,¿2(1. Р = 0,3 МПа ; = 1500*./<Л : ^ = 17,8 и/<

Рис.3. • Влияние частоты цульсаций / на расход жидкости в пленкеЩг./т/' при Р = 0,3 МПа ; & = = 1000к^с. и' ^ = 16 м/с

Рис. 4. Влияние вязкости жидкости на параметр К^ , определяющий кризис ( оттеснение жидкости ) при барботаже и кипении. Незачернённыя точки I - 7 соответствуют барботажу при Р = 0,14,1 МПа, Т = 280°К, из них точки Т - 5 соответствуют воде и водоглицериновда растворам разной вязкости, барботируемым разными газами: I -водородом, 2-гелием, 3-азотом, . 4-аргоном, 5-ксеноном; точки 6,7 соответствуют этанолу, барботируемому азотом ( 6 ) и аргоном ( 7 ). Зачернённые точки 8-16 соответствуют кипению разных жидкостей при разных давлениях Р ( МПа ), из них точки 8 - 72 - для кипения вяды ( 8 при 0,02 МПа,

Рис. 4.'. ( продолжение ) 9 - при 0,1 МПа, 10 - при 4,5 МПа, II - при 5,4 МПа,

12 - при 18,6 МПа), точки 13, 14 - для кипения этанола ( 13 при 0,1 МПа, 14 при 1,0 МПа ); 15 - для кипения бензола при 0,1 МПа, 76 - для кипения метанола при 0,1 МПа. Точки I - 16 - экспериментальные данные С.С.Кута-теладзе, И.Г.Маленкова ( 1976 ) и И,Г.Маленкова ( 1978 ). Точки 77 - 20 соответствуют кипению натрия, калия, цезия, рубидия, для которых скорость V/ рассчитывалась по полному тепловому потоку ( данные В.И.Субботина и др. , 1968, 7969 )

I

-о 1