4.1. Изменение структуры пароводяного потока по длине парогенерирующего канала

Рассмотрим вертикально расположенный парогене-рирующий канал (рис. 4.1), в который снизу входит жид-кость, имеющая температуру меньше температуры кипения при данном давлении. К каналу по всей высоте подводится теплота. В сечении аа жидкость начнет воспринимать теп-лоту, в результате чего температура ее будет повышаться по мере перемещения вверх по каналу. На участке аб движется однофазный поток жидкости. Но по мере перемещения жидкости вверх температура ее постоянно повышается, повышается также температура стенки канала и температура пристенного жидкостного слоя. В сечении бб температуры пристенного жидкостного слоя и стенки канала становятся такими, при которых возникают условия для зарождения пузырьков пара на теплообменной поверхности. В сечении бб начинается режим поверхностного кипения в условиях, когда ядро жидкостного потока имеет еще тем-

пературу, меньшую температуры ки-пения. На участке бв жидкость окон-чательно подогревается до темпера-туры кипения. В сечении канала на этом участке появляется паровая фаза за счет пузырьков, зарождающихся на обогреваемой поверхности и частично конденсирующихся в холодном ядре потока (l₀ — длина однофазного участка, l_п.к — длина участка поверхностного кипения). На участке l_э=l₀ + +l_п.к (экономайзерный участок) подводится достаточно теплоты, чтобы подогреть всю массу перемещающегося но каналу потока до температуры кипения. В сечении вв прекратится конденсация пузырьков пара в ядре пото-

Рис. 4.1. Схема изменения структуры потока в парогенерирующем канале

ка, в связи с чем возникнут предпосылки для накопления пузырьков в сечении парогенерирующего канала. В связи с этим на теплообменной поверхности участка вг пузырьки пара вырастают до отрывных размеров, после чего попадают в парожидкостный поток.

. На всем участке вг в сечении канала перемещается пароводяной поток, а теплообменные стенки омываются жидкостной пленкой, в массе которой на поверхностях канала зарождаются и растут пузырьки пара. На участке длиной l_р.к. осуществляется развитое пузырьковое кипение. По мере перемещения потока вверх происходит испарение пристенной жидкостной пленки, а следовательно, и ее утонение. В сечении гг создаются предпосылки для полного исчезновения жидкостной пленки на теплообменной поверх-ности или систематических ее нарушений (разрывов, сры-вов, испарения и т. д.). В сечении гг прекращается устойчивая сплошная генерация пузырьков пара на теплообменной поверхности. Из ядра потока на теплообменную поверхность выпадают капли влаги или группы капель, которые мгновенно испаряются. Наступает режим ухудшенного охлаждения теплообменной поверхности жидкостью (ухудшенного теплообмена). Участок канала гд отвечает ухудшенному тепловому режиму; l_ух— длина участка с ухудшенным теплообменом. На участке l_ух из-за нерегулярности омывания теплообменной поверхности жидкостью возникают существенные колебания температуры стенки канала. Пароводяной поток представляет собой эмульсию двухфазной системы с каплями влаги, уносимыми паровым потоком вверх. В сечении дд крупные капли жидкости в паровом потоке исчезают. Оставшиеся мелкие капли испаряются полностью в массе парового потока на участке де. В сечении ее влага в паре исчезает полностью и поток принимает однофазную структуру.

В настоящее время на основе визуальных наблюдений и киносъемок установлено, что в парогеиерирующих вертикальных трубах существует в основном четыре режима течения. Пузырьковый режим представляет собой режим со структурой движения массы жидкости, в которой находятся отдельные пузырьки пара. Этот режим имеет место в области низких паросодержании, т. е. на начальном участке вг. В центре канала концентрация пузырьков обычно выше, чем в слоях, расположенных ближе к стенке. С увеличением паросодержания в сечении канала отдельные пузырьки сливаются в более крупные — снаряды. В этом случае по каналу перемещаются снаряды вместе с мелкими от-

дельными пузырьками. Этот режим носит название снарядно-пузырькового. В парогенерирующем канале этот режим бу-дет также на участке вг после участка с пузырьковым ре-жимом. Следует отметить, что образование снарядов воз-можно при давлении менее 3 МПа. Поэтому при давлениях более 3 МПа пузырьковый режим может сразу перейти в стержневой, минуя снарядно-пузырьковый. Стержневой ре-жим движения пароводяного потока занимает наибольшую протяженность участка вг. В этом случае в центре канала движется паровой поток с каплями жидкости, а жидкость перемещается в виде пленки вдоль теплообменной поверх-ности. Дальнейшее возрастание паросодержания в канале приводит к эмульсионному режиму течения пароводяной смеси, когда вся жидкость более или менее равномерно распределена по всему сечению трубы, а вдоль теплооб-менной поверхности перемещается тонкая жидкостная пленка. В парогенерирующем канале эмульсионный режим имеет место в конце участка вг и начале гд. В этом случае отдельные капли жидкости из потока выпадают на обогре-ваемые стенки и мгновенно испаряются. При отсутствии обогрева поверхности выпадающие капли жидкости могут образовать тонкую пленку на стенках канала.

В парогенерирующих технологических каналах атомных реакторов с кассетами, конструкционно выполненными в виде пучков круглых стержней, по высоте которых уста-новлены дистанционирующие решетки, возможны три ре-жима течения пароводяного потока: пузырьковый, стерж-невой и эмульсионный. Наличие дистанционирующих реше-ток вызывает существенную турбулизацию пароводяного потока, а следовательно, и дробление крупных паровых пузырей.