книги из ГПНТБ / Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие

потока, а также работой сил вязкости в вихревой облас­ ти. Сопротивление трения о стенку канала на участке местного сопротивления обычно мало по сравнению с рабо­ той внутренних сил вязкости.

Рис. 5 .14 . К определению местных потерь при внезапном изменении сечения потока

При течении жидкости через диафрагму потеря напора состоит из суммы потерь на сжатие потока и его последу­ ющее внезапное расширение:

~ ^Рсж ^ ^Р$н.р ■

Основные потери связаны с распадом струи и последу­ ющим восстановлением при внезапном расширении потока

величина £ = называется коэффициентом сжатия

190

струи. Тогда

По теореме Борда потеря напора при внезапном расши­ рении потока равна скоростному напору, вычисленному по потерянной скорости!

\ра<с

(5.59)

Выполненные исследования показали, что и в других случаях местных сопротивлений при изменении величины или направления скорости основные потери механической энергии происходят не на участке сужения потока, а на участке растекания струн Сдиффузорном участке).

Таким образом, для определения потери напора при про годе через местные сопротивления по формуле (5.59) не­

функцией геометрии потока и зависит от соотношения се­ чений 1Лi и / 1з’ :

191

Н.Е. Чуковского для плоской щели, которые с достаточной степенью точности пригодны для круглых отверстий. Эти

2.Вход в канал через диафрагму из коллектора.

192

Тогда

(5.62)

3. Внезапное сужение сечения трубы, т .е . F3 = Fz Тогда уравнение (5.59) приводится к виду

Теоретически значения ^ , рассчитанные по при­ веденным выше формулам, удовлетворительно совпадают с экспериментально найденными величинами.

Запорные и регулирующие устройства трубопроводов (каналы, задвижки, клинкеты, захлопни и т .д .) , сужа­ ющие сечение трубы, с гидравлической точки зрения действуют подобно диафрагме, т .е . имеет место сжатие и расширение потока. Однако в этих случаях совпадение

теории с экспериментом может быть только при правильном расчете степени сжатия, что далеко не всегда возможно. Поэтому коэффициенты сопротивлений трубопроводной ар­ матуры, дистанционирующих устройств, поворотов и дру­ гих местных сопротивлений следует выбирать на основа­ нии опытных данных.

В приведенной выше расчетной схеме величина ^ является функцией только геометрических параметров потока, что справедливо лииь при турбулентном движе­ нии с достаточно высокими скоростями, когда коэффи­ циенты местных сопротивлений автомодельны по числу

Rz , При малых Л’е силы вязкости проявляются силь­ нее, а сами коэффициенты будут зависеть от геометрии и числа Re .

Поперечное обтекание п у ч к ов труб

В настоящее время преобладающей частью конвективных поверхностей нагрева являются поперечно обтекаемые пучки из параллельно расположенных круглых труб. Такие пучки используются в парогенераторах, котлоагрегатах, воздухоподогревателях, конденсаторах и других тепло­ обменных аппаратах. Гидравлическое сопротивление попе­ речно-обтекаемых трубных пучков является сложным, вклю­ чающим в себя сопротивление трения и местные сопротив­ ления сужения и расширения, при этом сопротивление тре­ ния составляет несколько процентов от общего сопротив­ ления. Поэтому гидравлическое сопротивление пучка мож­ но рассматривать как особый вид сопротивления, а рас- считывать-как одно целое по формуле местного сопротив­ ления

*Я р < р ,

посвящено большое количество работ советских и зару­ бежных авторов. В этих работах определялось влияние геометрических параметров пучков при расположении труб в шахматном или коридорном порядке (рис. 5 .15).

194

Основными геометрическими характеристиками пучков яв­

Для большинства пучков опытные значения показателя сте­

195

§ 32. Поперечное обтекание, твердого теля. Гидродинамическая, вибрапия

Гидродинамические силы могут быть источником авто­ колебаний трубок теплообменных аппаратов, парогенера­ торов, конденсаторов при поперечном обтекании их по­ током жидкости. При продольном обтекании пучка ТВЭЛ в рабочих каналах и кассетах реактора также возникают гидродинамические эффекты, приводящие к вибрации. Гидродинамическая вибрация является исключительно вредным явлением, могущим вывести из строя весь ап­ парат. Так, интенсивная вибрация конденсаторных труб

приводит к нарушению плотности их развальцовки в труоннх досках. В парогенераторах усиленная вибрация теплообменннх трубок может привести к их усталостной по­ ломке. Вибрация может быть причиной повышенной шумности работащего аппарата. Указанные явления необходимо

196

скоростью и давлением на внешней границе по уравнению Бернулли, при этом поперечный градиент давления по се­

отклонение подторможенного потока от стенки и образова­ ние крупных сосредоточенных вихрей. Очевидно, что отрыв пограничного слоя будет иметь место в случае большой кривизны стенки у так называемых плохо обтекаемых тел.

На рис. 5.17 схематически показана деформация про­ филей скорости и образование вихрей при отрывном обте­ кании криволинейной поверхности. В результате отрыва пограничного слоя за кормой цилиндра образуется систе­ ма сосредоточенных вихрей, расположенных в шахматном порядке - так называемая "вихревая цепочка Кармана"

(рис. 5 .1 8 ). Периодическая генерация вихрей Кармана происходит с частотой, определяемой по числу Струхаля Sfa , являющемуся критерием подобия периодического процесса:

198

— 3 - - 5 - 3

Вихреобразование является источником пульсаций дав­ лений и переменной возыущащей силы, возникающей в ре­ зультате периодического изменения эпюры давлений на цилиндрической поверхности. Экспериментальные иссле­ дования автоколебаний цилиндров в потоке воздуха по­ казали, что амплитуда колебаний плавно росла с увели­

частотой собственных колебаний трубок.

В трубном пучке, как показали опыты, упруго закреп­ ленный цилиндр колеблется в плоскости, перпендикуляр., ной направлению набегающего потока, значительно интен­ сивней, чем одиночный. При этом амплитуда с увеличе­ нием скорости плавно растет, а четко выраженных резо-

199