Течение влажного пара в турбинных решетках

Характеристики двухфазной среды

В последних ступенях конденсационных турбин и в большинстве ступеней влажпопаровых турбин, применяемых на атомных электростанциях, процесс расширения пара проходит ниже пограничной кривой .у= 1 (см.. например, рис. 1.30). Таким образом, решетки этих ступеней обтекаются влажным паром, представляющим двухфазную среду, которая включает как паровую, так и жидкую фазу одного вещества воды. Двухфазная среда может находиться в термодинамически устойчивом, равновесном состоянии, в состоянии временного, неустойчивого равновесия (гак называемое метастабилыюе состояние) и в процессе фазового перехода, когда происходит конденсация пара или испарение жидкой фазы.

При установившемся состоянии важным термодинамическим свойством влажного пара является то, что температура г однозначно определяется согласно [39] давлением р.

При этом важными дополнительными термодинамическими параметрами влажного пара являются влажность у, характеризующая относительную массу жидкой фазы в определенном объеме среды,

и сухость пара х=—у.

Здесь и далее все параметры и характеристики жидкой фазы обозначаются одним штрихом, а паровой —двумя.

Наряду с допущениями, принятыми в предыдущих параграфах гл. 2, воспользуемся моделью течения, когда, с одной стороны, учитывается принципиальная разрывность среды на паровую и жидкую фазы, с другой, условно принято, что каждая из фаз равномерно распределена в выделенном объеме и является сплошной.

При неравновесном состоянии двухфазной среды происходит переход одной фазы в другую; скорость этого перехода обозначается хпср. При испарении жидкости Х„ср<0, пРи конденсации пара Хпср>0. Движение двухфазной среды характеризуется разными скоростями фаз, т. е. оно происходит с коэффициентом скольжения — с1с равным отношению скоростей жидкой и паровой фаз. Очевидно, что величина V зависит от многих факторов, в том числе от формы, в какой находится жидкая фаза, от давления среды. Жидкая фаза во влажном паре может находиться в мелкодисперсном состоянии- в виде тумана; в круинодисперсном состоянии — в виде капель; в виде пленки, движущейся по поверхностям профилей лопаток и торцевым стенкам решеток, а также в виде струй.

Представим рассмотренные в §2.1 основные уравнения, записанные для однофазной среды, применительно к двухфазной среде.

Уравнение состояния в условиях термодинамического равновесия сохраняет форму (2.2), при этом для влажного пара нельзя применять уравнение состояния для идеального газа (2.1). Представленные в приложении 1 упрощенные аналитические зависимости термодинамических параметров пара относятся и к влажному пару и дают приемлемую точность определения параметров вплоть до <0,15.

(см. ниже,

рис. 2.34).

После образования первичной влаги приближенно можно пользоваться упрощенным выражением

Для движущейся среды, где V < 1, кроме сухости пара х, определяемой согласно формуле (2.69) и называемой расходной ступенью сухости, вводится понятие так называемой истинной сухости пара хист:

Истинная массовая сухость пара хист равна отношению массы пара гп находящегося в данный момент времени т в выделенном объеме V, ко всей массе среды в этом объеме; при этом учитывается скорость фазового перехода

Уравнение неразрывности, ранее для однофазной среды записанное в форме (2.4а), примет вид

где средняя скорость

Уравнение количества движения вместо (2.6) примет вид

Я учитывает силы сопротивления, в том числе силы взаимодействия между фазами.

Уравнение сохранения энергии, как и для однофазной среды, записывается в виде (2.9), однако энтальпия торможения й = Л + с2/2 определяется энтальпиями и скоростями фаз с учетом истинной степени сухости:

концентраций Ф" и Ф: