Гидравлическое сопротивление одно- и двухфазного потока.
При движении в трубе воды, пароводяной смеси и пара за счет сопротивления создается перепад давления между любыми ее сечениями. Общее уравнение полного перепада давления . Для удобства практических расчетов перепишем его в виде
Полный перепад давления между двумя произвольными сечениями обогреваемой трубы представляется в виде суммы перепадов, возникающих от сопротивления трения ртр, местных сопротивлений рм, ускорения руск и нивелирного перепада рнив.
Сопротивление трения вызывается вязкостью среды и при движении однофазного изотермического потока в прямом канале постоянного сечения определяется по формуле
где ртр — сопротивление трения, Па; — приведенный коэффициент трения, 1/м; I — длина канала, м; w — скорость среды, м/с; р — плотность среды, кг/м3.
Сопротивление трения для двухфазного потока принципиально можно определить по той же формуле, что и для однофазного потока, заменив скорость однофазного потока w скоростью пароводяной смеси ωсм, однако при этом должно быть соблюдено условие гомогенности двухфазного потока
Принимая во внимание закон сохранения массы, можно записать
Структура двухфазного потока для большинства режимов течения заметно отличается от гомогенной (см. рис. 9.4), и потому в последнее уравнение вводят поправочный коэффициент ф, учитывающий влияние структуры потока. Тогда при постоянном паросодержании
Потеря от трения для потока переменного паросодержания определяется по формуле
в которой х — среднее паросодержание в канале;
где и — поправочные коэффициенты, учитывающие влияние структуры потока для начального хп и конечного х« паросодержания.
Потери давления в местных сопротивлениях возникают из-за отрыва пограничного слоя от стенки и образования вихрей в потоке, в которых теряется значительное количество энергии. Они вызываются изменением формы или направления канала, каждое из которых условно считается сосредоточенным в каком-либо сечении и не включает сопротивления трения.
Потери в местных сопротивлениях при течении однофазной среды определяют по формуле, аналогичной (9.43), в которой приведенный коэффициент трения заменен на коэффициент местного сопротивления £м (справочные данные):
Для двухфазной среды
где £м — условный коэффициент местного сопротивления пароводяной смеси (справочные данные);. Гидравлические сопротивления при поперечном обтекании трубного пучка однофазной средой
Коэффициент 'сопротивления при поперечном обтекании £тп зависит от конструкции трубного пучка.
Для двухфазной среды
Потеря давления от ускорения вызывается изменением объема, а следовательно, и скорости потока. Она может возникать от увеличения паросодержания потока при обогреве, уменьшения сечения в отсутствие обогрева или от обеих причин.
Потеря давления, обусловленная ускорением потока,
Для установившегося потока
Следовательно, при р>ркр
(9.55)
Для двухфазной среды р<ркр. Выразим vK и ин через массовые паросодержания
После подстановки их в (9.55) получим окончательно
(9.56)
Нивелирная составляющая потери напора для однофазного и двухфазного вертикального потока
(9.57)
Для однофазного потока р — средняя плотность среды на участке h,
При определении полного перепада давления значение учитывается с положительным знаком при подъемном движении, так как оно увеличивает сопротивление трубы, и с отрицательным— при опускном движении, поскольку уже не будет сопротивлением, а, наоборот, используется на преодоление сопротивления.
Вопрос № 218