Горизонтальное кольцевое течение.

⇐ ПредыдущаяСтр 28 из 43Следующая ⇒

Границы кольцевого течения для горизонтальных труб до сих пор точно не определены, хотя понятно, что чем больше расход газа, тем интенсивнее унос капель; а чем больше расход жидкости, тем

более вероятен переход к пробковому или пузырьковому режиму.

Границу между пробковым и кольцевым течением можно примерно описать с помощью соотношения Бейкера:

(4.143)

Величина ( ) не имеет не только специального названия, но и физического смысла, хотя и характеризует соотношение сил инерции газовой фазы и сил тяжести газа.

Переход от пробкового режима к кольцевому осуществляется при достижении ( ) величины (0,25 ÷ 1,0).

Граница между кольцевым и дисперсным течением может быть оценена с помощью так называемой критической скорости газа ,определяемой из соотношения:

(4.144)

Как только ( ) достигнет величины кольцевой режим течения самопроизвольно переходит в дисперсный.

Если скорость газа невелика, поверхность жидкой плёнки гладкая и величина коэффициента трения приблизительно такая же, что и в гладких трубах с однофазной жидкостью.

Это позволяет для нахождения перепада давления использовать обычные формулы Дарси – Вейсхбаха или Лейбензона.

Если скорость газа превысит некую критическую величину, то начинается волновое движение плёнки и величина коэффициента трения резко возрастает вплоть до максимального значения.

В этом случае, уравнение для нахождения перепада давления имеет вид:

(4.145)

При ещё больших скоростях газа происходит срыв верхушек волн и унос капель, приводящий к увеличению плотности газового потока.

При этом, коэффициент трения ещё более возрастает до тех пор, пока почти вся жидкость не перейдет в виде капель в газовое ядро.

В этом случае:

(4.146)

Коэффициент трения, входящий в вышеприведённые формулы, можно определить по следующим соотношениям:

(4.147)

(4.148)

где:

Δ– толщина жидкостной плёнки на стенке трубопровода.

Истинное газосодержание (а, значит, и относительную скорость газа) можно оценить с помощью параметра Мартинелли :

(4.149)

Величина (Х²) показывает, в какой степени поведение двухфазной смеси ближе к однофазной жидкости, чем к однофазному газу.

(4.150)

Таким образом, величина (Х²) это отношение гипотетического падения давления в данном трубопроводе, которое было бы, если бы по нему двигалась только жидкость с тем же массовым расходом, к гипотетическому падению давления, которое было бы, если бы по нему двигался только газ с тем же массовым расходом.

Вертикальное и наклонное кольцевое течение.

Жидкость стекает вниз, а газ поднимается вверх.

Подобная ситуация возможна при незначительных скоростях газа.

В этом случае, количество стекающей жидкости можно оценить соотношением:

(4.151)

При этом, толщину жидкостной плёнки (Δ) можно найти через относительную безразмерную толщину , вычисляемую по соотношению:

(4.152)

Ну, а зная , величину (Δ) можно определить исходя из одной из двух следующих формул:

(4.153)

или:

(4.154)

С увеличением количества газа (при том же количестве жидкости) на её поверхности возникают всё большие волны, количество стекающей жидкости начинает уменьшаться и, наконец, жидкость начинает двигаться в одном направлении с газом.

Момент перемены направления движения жидкости носит название захлёбывания трубопровода, но, в отличие от других видов течения, он, в данном случае, не ведёт к смене способа течения.

Захлёбывание наступает при достижении следующего равенства:

(4.155)