Введение к работе
'"'рт^лиГ: j
Актуальность работы. В состав многорежимной ядерной двигс. гель-но-энергетической установки (ЯДЭУ) входят такие теллонапряженные узлы, работающие в условиях зысоких температур и плотностей теплового потока, как теплообменные аппараты (ТА) и ядерный реактор с тепловыделяющими сборкаюі (ТВС). Данные узлы долины обладать высокой надежностью и интенсивностью тепломассообмена, иметь малые габариты и массу, а также обеспечивать выравнивание возможных азимутальных и радиальных нераЕНОмерностей полей температур. Перечисленным требованиям удовлетворяют тепловыделяющие сборки с витыми твэлами овального профиля и теплообменные аппараты с витыми трубами овального профиля.
Так как нестационарные теплогидравлические процессы в данных узлах могут иметь определяющее значение для их надеяшооти, возникает задача расчета нестационарных полей температур в пучках витых труб и твэлов. Для расчета нестационарных теплогидравлических процессов могут быть использованы методы, основанные на .применении модели течения гомогенизированной среды, ііри этом для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающих течение двухфазной ере-цы с неподвісшой твердой фазой, требуется из эксперимента определить значения эффективных коэффициентов турбулентной диффузии для каждого типа нестационарности. Коэффициенты теплоотдачи и перемешивания теплоносителя при резком увеличении' и уменьшении мощности и постоянном расходе в пучках витых труб исследованы достаточно полно. Однако при эксплуатации ЯДЭУ могут, реализовьтаться режимы, когда мощность N и расход G изменяются по различным законам и темпам как одновременно, так и при N = const и G = var, N = var и G =const. Поскольку эти типы нестационарностей не были изучены ранее, возникает необходимость в определении эффективных коэффициентов диффузии в пучках витых труб или твэлов для переходных режимов работы.
Цель работ - экспериментально-расчетные исследования закономерностей нестационарных процессов перемешивания теплоносителя для различных типов нестационарности при осесимметричной и асимметрич--юй неравиомэрностях тепловыделения в пучках витых труб и труб со :пиральным оребреннем и получение критериальных замыкающих уравне-шй для расчета эффективных коэффициентов диффузии;
- разработка и экспериментальное обоснование методики теплоги-пзавлического расчета переходных процессов ТЗС и ТА с витыми труба-
ми с использованием полученных критериальных зависимостей для опре деления нестационарных коэффициентов перемешивания.
Научная новизна - впервые выполнено экспериментально-расчетнс исследование нестационарных температурных полей в пучках витых тр> при изменении расхода теплоносителя и постоянной мощности теплово? нагрузки и на основании полученных результатов.установлены кpитep^ альные зависимости для расчета эффективных коэффициентов диффузии для этого типа нестационарности;
обобщены полученные экспериментальные данные и уточнены закономерности нестационарного перемешивания теплоносителя в пучках витых труб и труб со спиральным оребрением для случаев увеличения уменьшения мощности тепловой нагрузки при постоянном расходе тепле носителя, при азимутальной и осесимметричной неравномерностях тепловыделения;
при периодическом изменении во времени расхода теплоносите; и постоянной мощности определены границы применимости квазисгацио-нарного приближения для расчета эффективного коэффициента'диффувш для этого типа нестационарности;
впервые выполнено экспериментально-расчетное исследование нестационарных полей температур теплоносителя и стенки трубы при одновременном изменении мощности тепловой нагрузки и расхода'теши носителя, моделирующем переходные процессы работы ЯДЭУ, и выданы рекомендации по расчету этих рекимов;.
установлено влияние нестационарных граничных условий на эффективный коэффициент диффузии и. экспериментально обоснованы моде, течения и методика теплогидравлического расчета.
Практическая ценность работы.Долученнке результаты зкепєримеї тально-расчетного исследования нестационарных процессов перемешив. ния]геплоносителя для различных типов нестационарности и предложен ные обобщающие зависимости позволяют замкнуть системы дифференциальных уравнений, описывающих течение в ТВС ядерного реактора и в ТА с витыми трубами ЯДЭУ, и выполнить теплогидравлические расчеты переходных процессов в этих установках. Эти результаты могут быть также использованы для расчета теплообменных устройств, применяем в бланкетах термоядерного реактора (ТЯР), в энергетике, на транспорте и в других областях техники. Полученные результаты использо вались при разработке проектов ЯДЭУ и ТЯР в ИАЭ им. Курчатова и НИИТЛ, а также при проведении экспериментальных исследований в ИФТЛЭ АН Литвы.
Автор защищает: - метод экспериментального исследования нест ционарных працесоов перемешивания теплоносителя для различных тип
- 5 -нестационарности при осесимметричной и асимметричной неравномерное-тях тепловыделения в пучках витых труб и труб со спиральным оребре-нием;
результаты расчетно-экспериментального исследования нестационарного тепло-массообмена при увеличении и уменьшении мощности тепловой нагрузки при постоянном расходе теплоносителя, при увеличении и уменьшении расхода теплоносителя и Ы= const, при периодическом изменении расхода и Ы = const, а также при одновременном изме--нении"мощности тепловыделения и расхода теплоносителя;
полученные зависимости и установленные закономерности для расчета эффективных коэффициентов диффузии, необходимые для замыкания системы дифференциальных уравнений, описывающей течение в пуч-. ках витых труб;
методику расчета теплообменных устройств с пучками витых труб на нестационарных режимах работы с использованием предложенных замыкающих зависимостей;
результаты экспериментального обоснования применяемой модели течения, ее математического описания и метода расчета полей температур для различных типов нестационарности процесса.
Апробация работы.Результаты диссертационной работы докладыва- , лись и обсуждались на трех республиканских, пяти всесоюзных и одной мездународной конференциях и семинарах,, а работа в целом рассмотрена на семинаре по теплообмену в Институте физико-технических проблем энергетики Литовской АН. Результаты диссертации отрачены в 3-ми печатных работах и .10 научно-технических отчетах.
Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов. Объем работы составляет 215 страниц, включая 64 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 70 наименований.