Материал: Авдеев Е.Ф., Ющенко Н.Е. Лабораторный практикум по курсу Механика жидкости и газа

по участку плотность воды; λ – коэффициент сопротивления трению, определяемый по формуле Филоненко

На участке, где происходит генерирование пара, потери давления складываются из потерь на трение с учетом влияния обогрева

pтр2ф , потерь на ускорение потока pуск2ф и нивелирного перепада

давления pг2.фс. , а при наличии местных сопротивлений – потерь на местные сопротивления:

pм2ф = p0 I + x(ρ'/ ρ''−1) ,

где р0 – сопротивление однофазного потока при том же расходе.

где ψк и ψн определяются с помощью номограммы. Приближенно на испарительном участке можно принять

x = 0.5xк .

Плотности воды ρ' и пара ρ'' берутся из таблиц по энтальпии

насыщения. В связи с трудностью экспериментального определения паросодержания на выходе его значение можно определить расчетом по формуле

где r – теплота парообразования; is = срТs – энтальпия насыщения, определяется по температуре Ts на участке кипения; iвх = срТвх – энтальпия воды на входе; QТ – количество тепла, выделившегося в единицу времени на всей длине обогреваемого участка, которое можно вычислить, зная падение напряжения на нагревательном элементе и протекающий по нему ток J:

Истинное среднее паросодержание на участке кипения опреде-

а коэффициент пропорциональности с определяется по номограмме. Для пользования номограммами предварительно вычисляется

средняя скорость смеси на участке

uсм = Gσvсм ,

vсм = v '' x + v '(1 − x ) – удельный объем смеси, вычисленный по среднему паросодержанию.

Цель работы

1.Определить коэффициент сопротивления трения λ2ф на участке двухфазного течения при кипении воды в кольцевом зазоре и λ для однофазного течения.

2.Сравнить полученное опытное значение λ2ф с расчетным.

52

3. Сравнить значение λ, полученное из формулы для двухфазного потока (8.6), с опытным значением, полученным для однофазного потока.

Описание экспериментальной установки

Вода из термостата 3 (рис. 8.1) прокачивается насосом 9 по кольцевому каналу 2 между стальной трубкой постоянного сечения и прозрачной кварцевой трубкой. Через стальную трубку пропускается электрический ток, обеспечивая постоянное по высоте тепловыделение.

Диаметр нагревательного элемента – 4 мм, Внутренний диаметр кварцевой трубки – 20 мм.

Имеется успокоительная камера перед входом в кольцевой канал и выходная – для пароводяной смеси.

Объемный расход прокачиваемой воды определяется по показаниям ротаметра 4 с использованием градуировочной кривой.

Для измерения температуры воды на входе в кольцевой канал и температуры насыщения на выходе, установлены термопары, подключенные к потенциометру 1. Дифференциальным манометром 5 определяется перепад давления на всей длине обогреваемого участка. Сила тока и падение напряжения на длине нагреваемого элемента измеряется амперметром 7 и вольтметром 8.

Рис. 8.1. Схема установки по изучению сопротивления при двухфазном течении: 1 – потенциометр КСП-4; 2 – рабочий участок; 3 – термостат; 4 – ротаметр; 5 – дифманометр; 6 – вторичный прибор

53

Порядок выполнения работы

1.Включить насос 9 и, контролируя потенциометром 1 температуру воды на входе в кольцевой зазор, добиться установившегося режима.

2.Снять показания ротаметра (для определения расхода Q).

3.Пользуясь методикой работы №4, определить опытное значение коэффициента сопротивления трения в кольцевом канале при однофазном течении.

При этом следует учесть, что перепад давления, измеренный дифференциальным манометром на вертикальном участке канала, включает в себя также сопротивление на преодоление гидростатического столба (8.2).

4.Включить нагревательный элемент и, регулируя вентилем расход, а реостатом PHQ-250 – электрическую мощность, добиться начала кипения.

5.Установив точку начала кипения, измерить длину экономайзерного участка lэк.

6.Одновременно снять показания ротаметра 4 hp и дифференциального манометра hм.

7.Измерить температуру входа Твх и выхода Твых из кольцевого канала, снять показания силы тока J и падение напряжения на нагревательном элементе U.

8.Измерить расход и выполнить все указанные выше замеры при другом положении точки закипания.

9.Результаты замеров занести в таблицу.

Таблица измеренных величин

54

Расчет

Поскольку измеренное на всем обогреваемом участке падение давления включает кроме потерь на трение потери на преодоление гидростатического столба и потери на ускорение потока, необходимо

1) найти длину участка кипения lк = l – lэк;

2) из общих потерь выделить потери на трение pтр2ф на участке

кипения:

pтр2ф = p1 − pэк − pГС2ф − pуск2ф ,

где p1 = ρвghм – опытное значение общих потерь; ∆pэк – общие потери на экономайзерном участке (рассчитываются по формулам

тальпию насыщения дляводы принять при0,1 МПа is = 417,5 кДж/кг; 3) из формулы (8.5) определить коэффициент сопротивления

4)по найденному λ2ф из формулы (8.6) вычислить значение λ;

5)сравнить определенное значение λ с расчетным значением по формуле (8.4).

Таблица вычисленных величин

Контрольные вопросы

1.Что такое истинное паросодержание?

2.Назовите режимы течения двухфазного потока.

3.Какие виды потерь необходимо учитывать при определении общего сопротивления двухфазного потока в каналах?

55