Диагностика двухфазных течений в вертикальных каналах в режиме естественной циркуляции по пристеночным пульсациям давления

the spectral characteristics, the longitudinal distance between the occluded gas

(bubbles), their sizes and speeds in two-phase flow were obtained.

Keywords

hydrodynamics, two-phase flows, diagnostics, natural circulation, near-

wall pressure pulsations, flow regime, power plants, nuclear reactors.

Для верификации расчетных теплогидравлических кодов двухфаз-

ных течений в каналах энергетических установок, в частности ки-

пящих ядерных реакторов, необходима информация о структурных и

интегральных характеристиках таких течений. В кипящих ядерных ре-

акторах малой и средней мощности можно обеспечить отвод теплоты в

режиме естественной циркуляции двухфазного теплоносителя. Следу-

ет отметить, что при работе ядерного реактора в режиме естественной

циркуляции и относительно низких массовых скоростях циркуляции

двухфазной среды (

(

ρw

)

см

1000

кг/(м

∙

с)) недостаточно информа-

ции о структуре таких течений (распределениях паровых или газовых

включений по сечению канала, размерах и скоростях их движения

и т.д.).

В двухфазных потоках наблюдаются значительные по сравнению

с течением однофазной среды колебания всех гидродинамических па-

раметров. Как следствие, двухфазные течения характеризуются более

высокими уровнями пульсаций давления по сравнению с турбулентны-

ми течениями однофазных сред. Формирование импульсов давления

на обтекаемой двухфазной средой поверхности (пристеночных пуль-

саций давления) зависит от внутренней структуры течения. В зависи-

мости от режима течения (пузырьковый, снарядный и т.д.) размеры

паровых (газовых) включений, их распределение по сечению области

течения, относительные скорости паровых (газовых) пузырей суще-

ственно различаются [1, 2]. Как следствие, и амплитудно-частотные

характеристики пульсаций давления также оказываются различными.

В то же время авторам известна только одна работа [3], в которой

статистические характеристики пристеночных пульсаций давления ис-

пользовались для идентификации режимов вынужденного течения го-

ризонтальных двухфазных потоков. При этом основная информация

была получена на основе выявленных особенностей изменений спек-

тров пристеночных пульсаций давления в разных диапазонах режим-

ных параметров потока.

В настоящей работе предпринята попытка определения ряда струк-

турных характеристик двухфазных течений “воздух–вода” в верти-

кальных круглых каналах в режиме естественной циркуляции на осно-

ве измерений пристеночных пульсаций давления.

Экспериментальный стенд (рис. 1) представляет собой адиабати-

ческий контур циркуляции, в состав которого входят эксперименталь-

ный участок

— цилиндрический канал из оргстекла c внутренним

диаметром 30 мм, подводящий

и опускной

участки. Воздух от

18 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 3