Анализ моделей силового взаимодействия пара и жидкости в барботажном слое для двухскоростного описания пароводяной смеси

Аннотация

Проанализировано влияние моделей силового взаимодействия пара и жидкости, разработанных для различных типов пузырьковых течений, на описание барботажного слоя. Работа выполнена в рамках стационарной одномерной двухскоростной математической модели течения пароводяной смеси, при этом скорость жидкой фазы полагалась равной нулю. На основании результатов исследований качественной картины течения в барботажном слое было сделано предположение, что для практически важных паровых нагрузок в нем реализуется эмульсионный режим течения. Полученные в результате расчетов величины сравнивали с характерными фактическими значениями для горизонтальных парогенераторов ВВЭР, при этом расчетное значение истинного объемного паросодержания в основной части барботажного слоя оказалось существенно выше экспериментального. Такая же картина получена и при других значениях приведенной скорости пара и объемного паросодержания из диапазонов, реализующихся в этих парогенераторах, причина чего заключается в моделировании силы взаимодействия пара и жидкости. Показано, что использование указанных моделей приводит или к существенному завышению силы взаимодействия пара и жидкости и, соответственно, объемного паросодержания в барботажном слое, или к отсутствию решения при значениях параметров, характерных для работы горизонтальных парогенераторов атомных электростанций с ВВЭР. Вывод исследованных в настоящей работе корреляций основан на использовании зависимости от числа Рейнольдса коэффициента сопротивления одиночного пузырька и введении вязкости смеси, зависящей от объемной доли дисперсной фазы. При этом рассматривали установившееся течение двухфазной смеси. Существует возможность, что в парогенераторах такое установившееся течение не успевает сформироваться. Пар, входящий снизу из отверстий погруженного дырчатого листа в барботажный слой, сначала поднимается вверх в виде струи через слой жидкости. Поверхность раздела пар – жидкость, отделяющая струю пара от жидкости, может испытывать неустойчивость по механизму Кельвина – Гельмгольца. Оценки показывают, что время развития возмущений на поверхности струи существенно меньше характерного времени прохождения пара через барботажный слой, что делает возможным значительный рост возмущений вплоть до нелинейной стадии и образования сложных двухфазных структур.