По полученным в результате опытов измерениям с использованием приведенных далее зависимостей выполнялись расчеты параметров, характеризующих работу модели.
Влажность пара
где Сп - солесодержание пара, мг/кг; Ск - солесодержание концентрата, мг/кг.
Приведенная скорость пара в корпусе модели (метр в секунду)
где Сп.в - расход вторичного пара, кг/ч; DBU = 0,614- внутренний диаметр модели, м; р" - плотность вторичного пара, кг/м3.
Скорость набегания вторичного пара на набивку
где F= 0,118 м2 - расчетная площадь набегания (по осям крайних отверстий).
Скорость движения пара в набивке
В ряде опытов для увеличения
часть Fc уменьшалась.
Графическая интерпретация обработанных указанным образом результатов испытаний представлена на рис. 3 и 4. На рис. 3 расположение точек, отображающих зависимость влажности вторичного пара от расхода промывочной воды GH при скорости набегания пара 2,4 м/с, показывает, что в этих условиях отношение GH/Gп.в. во всем диапазоне от 0 до 100% не оказывает существенного влияния на влажность вторичного пара. При скорости набегания 3,6 м/с подача на орошение более 20 - 25% воды приводит к резкому увеличению влажности вторичного пара. Результаты обработки экспериментов позволяют сделать предварительный вывод о том, что кольца Поля являются эффективным сепаратором влаги.
Приведенная на рис. 4 кривая, характеризующая зависимость влажности пара после набивки от скорости пара, по своей форме соответствует аналогичным кривым для жалюзийных сепараторов [5]. Нисходящий отрезок кривой обусловлен возрастанием инерционных сил, действующих на капли концентрата.
Рис. 6. График зависимости содержания Na+ во вторичном паре от безразмерного комплекса Кутателадзе К:
Рис. 7. График зависимости влажности пара за набивкой от влажности пара перед набивкой: 
1 - модель испарителя диаметром 400 мм [10]; 2 - испаритель И-250-2 диаметром 3000 мм с двумя паропромывочными листами и жалюзийным сепаратором [10]; 3 - испаритель типа ИВМ-225 с набивкой из колец Рашита, паропромывочным листом и жалюзийным сепаратором [3]; 4 - модель испарителя диаметром 630 мм с набивкой из колец Поля (влияние паропромывочного листа и жалюзийного сепаратора определены расчетом)
Минимальные значения влажности вторичного пара после набивки (1-х)"=4 · 10-4 характеризуют количество присутствующей в паре мелкодисперсной влаги, транзитом проходящей набивку.
Возрастание влажности пара за точкой перегиба обусловлено срывом пленки с поверхности колец Поля и означает превышение критической скорости пара. Наконец, расслоение полученных значений (1 —х)" может быть объяснено статистическим характером процесса и различной дисперсностью капель. Механизм сепарации в подобной набивке может быть описан по аналогии с процессами в химической технологии. Вследствие хаотичности укладки набивки поток вторичного пара в ней многократно меняет направление движения.
При небольших скоростях потока пара отсепарированная жидкость накапливается в точках соприкосновения элементов набивки, на нижних поверхностях элементов до образования капель. Капли, достигнув определенного размера, соприкасаются с нижележащими элементами набивки, перетекают на них или отрываются и падают. При этом пар не вызывает видимого изменения в характере стекания жидкости.
При увеличении скорости пара капельное отекание жидкости заменяется струйно-пленочным. Пленка жидкости смачивает отдельные элементы набивки, причем значительная доля поверхности остается несмоченной. Контакт между жидкой и твердой фазами происходит на отдельных элементах набивки при отсутствии заметной турбулизации потоков на поверхности пленок жидкости.
Дальнейшее увеличение скорости пара приводит к тому, что все большая поверхность набивки покрывается пленкой жидкости. При этом наблюдается взаимодействие потоков. Пленка начинает разрываться, заметны ее пульсация и завихренность,
значительная доля поверхности набивки становится поверхностью контакта между фазами [6].
Из приведенного описания следует принципиальное сходство процессов сепарации влаги в набивке с аналогичными процессами в жалюзийных сепараторах. Следовательно, схожими должны быть и зависимости, описывающие процессы сепарации в набивке и в жалюзийных сепараторах.
Как следует из рис. 4, критическая скорость движения пара в набивке примерно 3 м/с. Определенная критическая скорость близка к значениям, полученным при исследованиях вертикальных жалюзийных сепараторов. Например, по рекомендациям Ю. В. Козлова [7]
при давлении Р = 1,02 МПа WKp =4 м/с.
В руководящих технических материалах по проектированию сепараторов-перегревателей [8] критическая скорость по срыву пленки определяется по зависимости
При влажности пара сепаратора (1-х)=1% коэффициент Ккр = 2,2, a WKp = 4 м/с. Эту скорость рекомендуется считать максимальной, а средняя рассчитывается с учетом коэффициента распределения скоростей во входном коллекторе, который в зависимости от конструкции находится в пределах 1,5-2,2.
Чтобы получить универсальную зависимость для определения критической скорости с учетом параметров эксперимента, обратимся к теории сепарации.
Рис. 8. Эффективность набивки в зависимости от влажности пара на входе:
В теории сепарации применительно к жалюзийным сепараторам выражение для критической скорости пара получено на основе рассмотрения уравнения равновесия сил, действующих на каплю [5].
где В - постоянная для конкретного сепарационного устройства, определяемая экспериментально.
Формула (3) характеризует соотношение сил инерции, гравитации и поверхностного натяжения в потоке и является критерием Фруда для двухфазной среды, где роль линейного размера играет постоянная для конкретных условий
Значение величины В может быть получено обработкой экспериментальных данных в безразмерных координатах с использованием критерия Кутателадзе
как это выполнено на рис. 5. На основании этого рисунка может быть принято среднее значение коэффициента В = 0,7 4- 0,8. Тогда формула (3) для набивки в форме колец Поля примет вид
(4)
По формуле (4) могут определяться значения критической скорости в набивке из колец Поля, соответствующие минимальной влажности пара за набивкой, так как при меньших скоростях силы инерции, воздействующие на каплю, уменьшаются, а при больших скоростях происходят срыв влаги с поверхности набивки и вторичное увлажнение пара.
Для жалюзийных сепараторов, применяемых в котельной технике, при горизонтальном либо слабонаклонном их расположении значение коэффициента В = 0,3 - 0,4. Вертикальные сепараторы допускают скорости пара в 4 - 5 раз больше, чем горизонтальные [8]. Соответственно для них В ~ 1,2 - 2. Следовательно, коэффициент В = = 0,7 - 0,8 для набивки занимает промежуточное положение между его значениями для горизонтальных и вертикальных жалюзи, что представляется естественным, учитывая хаотическое расположение колец.
Для получения объективных результатов сопоставления эффективности применения паропромывочных листов и набивки из колец Поля при работе в стабильном режиме будем использовать безразмерное число Кутателадзе
