Качественный анализ процесса истечения вскипающей жидкости

Рис. 1.34.

Рассмотрим диаграмму (рис. 1.34). Участки линий на диаграмме обозначают соответственно: – недогретая жидкость, – метастабильная (перегретая) жидкость, SE – равновесная парожидкостная смесь, – реальный неравновесный процесс. Точка отвечает критическому состоянию. Участки бинодали: – насыщенная жидкость, – насыщенный пар.

При вскипании жидкость проходит участок изотермы . Если жидкость хорошо очищена от примесей, то возможен переход в перегретую жидкость с последующим кипением (этот неравновесный процесс изображен жирной линией ). Если жидкость содержит много мелких частиц, то в точке наблюдается характерный излом, после которого начинается почти изобарическое кипение (линия ).

Для качественного анализа процесса зависимость можно аппроксимировать политропическим законом (показатель политропы определяется экспериментально):

. (7.4.1)

Индекс s (saturated) обозначает параметры, взятые на линии насыщения. Тогда для описания процесса можно применить теорию истечения газа. Режим критического истечения возникает при внешнем давлении ниже . Для воды при давлении в трубе показатель . Тогда давление запирания . При , . Следовательно, поток вскипающей жидкости склонен к запиранию больше, чем другие рассмотренные ранее среды.

Волновая картина процесса истечения вскипающей жидкости гораздо сложнее рассмотренных ранее.

Пусть жидкость при давлении недогрета, внешнее давление ниже критического , при истечении жидкость переходит в состояние насыщения. Так как на диаграмме есть точка излома , то скорость звука резко меняется при переходе системы через состояние . Иначе говоря, жидкость в состоянии насыщения имеет две предельные скорости звука. Cкорость звука со стороны чистой жидкости и скорость звука со стороны двухфазной области . По этой причине давление в волне падает сначала до значения давления насыщения , а затем, спустя некоторое время, снова понижается до значения . Таким образом, возникают две волны разрежения – быстрая и медленная (рис. 1.35). Скорость распространения головы быстрой волны разрежения , хвоста – , (). Скорость распространения головы медленной волны разрежения (волны вскипания) . Хвост волны вскипания при критическом истечении всегда находится на срезе трубы. Скорость жидкости за первой волной можно найти по формуле (7.2.2)

Рис. 1.35.

. (7.4.2)

Скорость двухфазной среды за волной вскипания складывается из скорости, приобретенной в быстрой волне, и скорости, приобретенной в волне вскипания

. (7.4.3)

Здесь – зависимость плотности от давления в парожидкостной смеси.

Поиск по сайту: