наличии входных дроссельных дырчатых листов. При от-сутствии последних A=0,65 при H=500 мм и A=0,5 при H=1000 мм. В формуле (12.14) отсутствуют геометрические характеристики: высота жалюзи, развернутая ширина пластин и шаг между ними, которые оказывают заметное влияние на w_кр.

12.3. Центробежная сепарация парожидкостных систем

Циклонные сепараторы (рис. 12.5) широко приме-няются в теплоэнергетических и ядерных установках в связи с высокой их эффективностью. Парожидкостная смесь

входит в циклон 1 тангенциально

вании теории марковских процессов в описании разделения системы пар — жидкость в [21] дано уравнение радиального движения капель в закрученном потоке под действием центробежной силы, силы сопротивления с учетом ра-диального течения капель и случайных воздействий:

Рис. 12.5. Схема цик-лонного сепаратора

по штуцеру 2. Капли жидкости от-брасываются центробежной силой инерции к стенкам сепаратора и ча-стично под воздействием радиаль-ного течения смеси, обусловленного вязкостью закрученного потока, пе-ремещаются к оси циклона, попа-дают в осевую зону разрежения и выносятся из сепаратора. Попавшая на стенки влага стекает вниз и выводится из сепаратора через па-трубок 4. На выходе из циклона устанавливают жалюзи 3 или пер-форированные щиты и пароотводя-щие патрубки.

Механизм разделения парожид-костных систем в поле центробеж-ных сил инерции представляет собой сложный процесс, зависящий от физических, конструкционных и технологических факторов. На осно-

(12.15)

где d — эквивалентный диаметр капли; ν — кинетическая вязкость пара; ω — угловая скорость; с/r — скорость ра-

детального течения потока; с — постоянная; ξ (τ)—случай-ная функция времени.

Плотность распределения вероятности случайного про-цесса сепарации w(r, τ) может быть определена в предпо-ложении дельта-коррелированности случайных воздействий ξ (τ):

(12.16)

где α=[(ρ'/ρ") — 1)]d²ω²/18ν — член, определяющий ин-тенсивность движения капель под воздействием центро-бежной силы; b = b'/[9π²d²v²(ρ")²] — мера неупорядочен-ности капель в их радиальном движении вследствие стес-ненности движения, турбулентных пульсаций и других случайных факторов. Эта величина характеризует интен-сивность случайных воздействий.

Попавшая в циклон капля жидкости будет перемещаться под воздействием чисто случайного процесса в том случае, когда скорости, обусловленные центробежной силой и радиальным смещением, равны между собой. В этом случае второй член в правой части равенства (12.16) будет доминировать над первым и тогда (12.16) можно записать без первого члена в правой части. При доминирующем влиянии динамического воздействия над, случайными (12.16) запишется без второго члена в правой части, а капли будут перемещаться одновременно либо в направлении боковых стенок циклона, либо в направлении его оси. Полагая, что капли, достигшие стенки циклона, оседают на ней, а достигшие оси уносятся из циклона, и принимая за показатель эффективности процесса сепарации пароводяной смеси унос капель, в [21] получаем два выражения:

(12.17)

(12.18)

где S_в— член, характеризующий унос капель с восходящим потоком; Sc— член, отражающий оседание капель на внутренней стенке циклона; = (a/b)R², = (c/a)R² — безразмерные параметры, характеризующие соответственно соотношение между интенсивностью радиального течения капель под воздействием центробежного

поля и их радиального сноса и. интенсивностью переме-щения под воздействием случайных процессов;

— постоянная величина;

—вырожденная гипергеометрическая функция.

Собственные числа λ_і являются решением уравнения

Формулы (12.17) и (12.18) свидетельствуют о том, что сепарация и унос капель зависят от времени их пребывания в циклоне и параметров и . При →∞ (большое время пребывания капель в циклоне) унос капель и их сепарация стремятся к некоторому предельному значению:

(12.19)

(12.20)

Анализ зависимости (12.19) показывает, что предельный унос капель жидкости с восходящим паровым потоком при всех значениях и всегда больше нуля, т. е. имеется об-ласть недостижимых значений предельного уноса S^впри данных значениях параметра разделительного процесса . И только в случае, когда →∞ и с/b=0, S_в→0. Во всех же остальных случаях S_в>0, т. е. в циклонных сепараторах нельзя получить режим, при котором вся влага сепарировалась бы на внутренних стенках, т. е. S_с = 100%, а вынос капель из циклона отсутствовал бы полностью, т. е. S_в=0%.

Выполненные экспериментальные исследования [22] на циклонах с различными геометрическими характеристиками свидетельствуют о том, что унос капель влаги из сепараторов зависит от режима (ламинарного, переходного и турбулентного) течения потока, теплофизических парамет-ров и геометрии циклона. При ламинарном режиме осаж-дения капель (К_ц≤1,8·10¹⁴) унос определяется по формуле, мг/кг,

S_в=0,23·10^-8К_ц^0,87К_р^-0,63, (12.21)

где К_ц= (D²w_окр/ν²)[(ρ'—ρ")/ρ"] — критерий циклонного процесса, характеризующий взаимодействие равнодейст-вующей центробежной силы, архимедовой и сил межмоле-кулярного трения; D — внутренний диаметр циклона; w_окр— окружная скорость пара в циклоне; К_р=

=— критерий, характеризующий отношение

абсолютного давления в системе к скачку давления на границе раздела фаз.

При турбулентном режиме осаждения капель

при К_ц > 2,75 · 10¹⁴, (12.22)

где Η — высота циклона, определяемая расстоянием от оси входного патрубка до жалюзи или потолка. Переходный ре-жим характеризуется значением 1,8·10¹⁴ < К_ц < 2,75·10¹⁴. В этом случае

(12.23)

Из (12.21) — (12.23) видно, что в ламинарном режиме осаждения капель высота циклона не оказывает влияния на процесс сепарации. В турбулентном и переходном режимах с увеличением высоты циклона уменьшается вынос влаги из него. Во всех режимах вынос влаги возрастает с увеличением диаметра циклона и окружной скорости. Высота циклонов колеблется в зависимости от назначения в диапазоне 300 — 1500 мм.

Внутрибарабанные циклоны изготовляют высотой 300 — 500 мм, а выносные 500 — 1500 мм. Для обеспечения более эффективного разделения пароводяной смеси целесообразно применять циклоны с уменьшенным внутренним диаметром D = 40÷250 мм.