ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КРИТИЧЕСКОГО И ДОКРИТИЧЕСКОГО ИСТЕЧЕНИЯ ПАРОВОДЯНОЙ СМЕСИ ЧЕРЕЗ СЛОЙ ШАРОВЫХ ЧАСТИЦ

Цель. Дать расчетно-экспериментальное обоснование теоретической модели течения двухфазной парожидкостной смеси в неподвижном слое твердых частиц. Провести сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными по докритическому и критическому истечению пароводяной смеси через различные упаковки шаровых частиц и получить оценку предсказательных возможностей модели. Методы. Теоретическое описание опирается на уравнения газовой динамики зернистого слоя и гомогенную модель однокомпонентного двухфазного потока с учетом различия скоростей жидкой и паровой фаз, что позволяет получить аналитическое решение для массовой скорости смеси. При получении зависимостей для коэффициента скольжения фаз и показателя политропы для изоэнтальпийного расширения смеси использованы методы многомерной нелинейной регрессии. Методы экспериментального исследования течения пароводяной смеси в неупорядоченной засыпке шаровых частиц использованы для получения опытных данных по величине массовой скорости. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Представлена газодинамическая модель движения пароводяного потока через неподвижный слой твердых частиц, в рамках которой получено аналитическое выражение для массовой скорости. С использованием теоретической модели выполнено обобщение имеющихся опытных данных по массовой скорости смеси в докритических и критических режимах течения. Показано, что переход к относительной величине массовой скорости позволяет построить универсальную расходную характеристику для произвольного зернистого слоя. Выводы. Разработанная математическая модель может быть использована для обобщения опытных данных и предсказания зависимости массовой скорости двухфазного парожидкостного потока в слое твердых частиц при докритических и критических режимах истечения.

зернистый слой, двухфазный поток, критическое и докритическое истечения

1. Stubos A., Buchlin J.-M. Analysis and numerical simulation of the thermohydraulic behaviour of a heat dissipating debris bed during power transients // Int. J. Heat Mass Transfer. 1993. Vol. 36. No. 5. P. 1391-1401.

2. Авдеев А.А., Созиев Р.И. Гидродинамическое сопротивление потока пароводяной смеси в шаровой засыпке // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46. № 2. С. 251-256. DOI: 10.1134/s10740-008-2011-0

3. Li L., Zou X., Lou J., Li H., Lei X. Pressure drops of single/two-phase flows through porous beds with multi-sizes spheres and sands particles // Annals of Nuclear Energy. 2015. Vol. 85. P. 290-295.

4. Tung V., Dhir V. A hydrodynamic model for two-phase flow through porous media // Int. J. Multiphase Flow. 1988. Vol. 14. No. 1. P. 47-65.

5. Li L., Wang H., Zou X., Kong L. Flow resistances characteristics in a particulate bed with the configurations of uniform mixture and stratification // Annals of Nuclear Energy. 2018. Vol. 112. P. 62-70.

6. Сорокин В.В. Расчет двухфазного адиабатического течения в шаровой засыпке // Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 2. С. 261-266. DOI: 10.1134/S0018151X07020137

7. Taherzadeh M., Saidi M.S. Modeling of two-phase flow in porous media with heat generation // International Journal of Multiphase Flow. 2015. Vol. 69. P. 115-127.

8. Делайе Дж., Гио М., Ритмюллер М. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и тепловой энергетике / пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. 422 с.

9. Kim S.-M., Mudawar I. Review of two-phase critical flow models and investigation of the relationship between choking, premature CHF, and CHF in micro-channel heat sinks // Int. J. of Heat and Mass Trans. 2015. Vol. 87. P. 497-511.

10. Eliasi E., Lellouche G.S. Two-phase critical flow // Int. J. Multiphase Flow. 1994. Vol. 20. P. 91-168.

11. Фисенко В.В. Критические двухфазные потоки. М.: Атомиздат, 1978. 160 с.

12. Гольдштик М.А. Процессы переноса в зернистом слое: монография. Новосибирск: Изд-во Института теплофизики СО РАН, 2005. 358 с.

13. Pokusaev B.G., Tairov E.A., Khan P.V., Khramtsov D.P. Numerical and Analytical Approaches to Modeling Critical Two-Phase Flow with Granular Layer // J. of Engineering Thermophysics. 2018. Vol. 27. P. 20-29.

14. Таиров Э.А., Покусаев Б.Г., Быкова С.М. Критическое истечение парожидкостного потока через слой шаровых частиц // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. № 2. С. 277-286. DOI: 10.1134/S0018151X16020218

15. Быкова С.М., Таиров Э.А. Влияние параметров засыпки на истечение пароводяной смеси // Вестник ИрГТУ. 2014. № 9 (92). С. 197-201.

16. Дейч М.Е., Данилин В.С., Циклаури Г.В., Шанин В.К. Исследование течения влажного пара в осесимметричных соплах Лаваля в широком диапазоне степеней влажности // Теплофизика высоких температур. 1969. Т. 7. Вып. 2. С. 327-333.

17. Starkman E.S., Schrock V.E., Neusen K.F., Maneely D.J. Expansion of a very low quality two-phase fluid through a convergent-divergent nozzle // J. Basic Eng. 1964. Vol. 86. P. 247-254.

18. Справочник по теплогидравлическим расчетам в ядерной энергетике / под общ. ред. П.Л. Кириллова: в 3 т. Т. 1. Теплогидравлические процессы в ЯЭУ / П.Л. Кириллов, В.П. Бобков, А.В. Жуков, Ю.С. Юрьев. М.: ИздАТ, 2010. 771 c.

19. Бeлоконь Н.И. Термодинамика. М., Л.: Государственное энергетическое издательство, 1954. 427 c.