Введение к работе
ТС? ><<,
Актуальность темы
В последние годы прошлого и в начале этого столетия после достаточно длительного перерыва вновь появился интерес к тяжелым жидкометаллическим теплоносиїслям. В России, США, Южной Корее и др. предложены и продвигаются инновационные работы, направленные на создание быстрых реакторов, охлаждаемых свинцом и эвтектикой свинец-висмут.
В середине прошлого века специалистами ряда стран, прежде всего, в СССР был выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований характеристик теплообмена в системах с жидкометаллическими теплоносителями. В результате выполнения комплекса этих работ были разработаны рекомендации по выражениям для выполнения теплогидродравлических расчетов оборудования с этими теплоносителями. Основная часть экспериментов по теплообмену была проведена со щелочными металлами, тяжелые жидкометаллические теплоносители были исследованы менее подробно и без оперативного контроля и регулирования содержания в них примесей.
Экспериментальные данные, на основе которых создавались нормативные материалы для теплогидравлических расчетов, имели значительный разброс, вследствие чего были рекомендованы расчетные формулы, которые имели значительные запасы, что, приводи ы к увеличению массогабаритных характеристик и стоимости соответствующего теплообменного оборудования.
Современная экспериментальная и вычислительная техника, более глубокое понимание физико-химических и теплофизических процессов в системах с жидкомет&плическичи теплоносителями и накопленный опыт эксплуатации таких систем делают возможным уточнение созданных ранее расчетных кодов с учетом специфики каждого теплоносителя, конструкционных материалов и режимов эксплуатации контура, контролируемого и управляемого содержания и физико-химического состояния примесей в теплоносителе и контуре и др.
В связи с этим актуальной является задача получение экспериментальных и расчетных данных по закономерностям теплоотдачи к свинцовому теплоносителю в круглой тр\бе и кольцевой щели при контроле и регулировании содержания примесей, уточнение критериальных зависимостей теплообмена, соответствующему реальному, фактическому содержанию примесей в тяжелых теплоносителях, включая возможные эксплуатационные ситуации и технологические обработки контура. Проектирование теплообменного оборудования на основе таких зависимостей позволяет существенно сократить неоправданные запасы теплообменньгх поверхностей и улучшить технико-экономические показатели энергетических установок.
Данная диссертационная работа выполнялась по программе межотраслевого научно-технического сотрудничества Минобразования России и Минатома России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество» per. номер проекта/НИР:2.05-02, 2.05-03 и 3.05-04.
РОС. Н "И'ШАЛЬНАЯ
Б'-- -MFK.A 3
С. " ..yrtypr
мобгк
Цель работы: Разработка рекомендаций по расчетным формулам теплообмена к свинцовому теплоносителю при возможных эксплуатационных состояниях теплоносителя и контура на основе комплексных экспериментальных исследований характеристик теплообмена к свинцовому теплоносителю в круглой трубе и кольцевой щели при контролируемом и регулируемом содержании примеси кислорода.
Задачи работы:
При выполнении диссертационной работы решались две основные взаимозависимые задачи соответствующих двум специальностям- - материаловедению (контролю и управлению массообменном и массопереносом примесей в теплоносителе и в контуре и получению критериальных зависимостей теплообмена в агрегатах атомной промышленности, использующих свинцовый теплоноситель) Соответственно в работе решались следующие задачи:
- проведение анализа накопленных в исследуемой области теоретических и
экспериментальных данных;
-разработка и экспериментальная отработка методов контроля и реіулирования примеси кислорода при проведении тешюфизических исследований;
разработки и отработки методов измерения и компьютерной обработки температуры, термодинамической активности кислорода в свинце и др. информационных сигналов от датчиков;
проведения комплексных экспериментальных исследований влияния методов контроля и регулирования содержания примесей на характеристики теплообмена при течении свинца в круглой трубе, включая зависимости от состава сталей теплообменных поверхностей;
проведения комплексных экспериментальных исследований влияния методов контроля и регулирования содержания примесей на характеристики теплообмена при течении свинца в кольцевой щели,
-проведение расчетных и экспериментальных исследований харак і ериіл ик контактного термического сопротивления при теплообмене к свинцовому теплоноси І елю
- разработка выражений для инженерных расчетов при теплообмене к свинцовому
теплоносителю на основе проведенных исследований.
На зашиту выносятся следующие положения:
методология исследований теплофизических характеристик тяжелых жидкометаллических теплоносителей с контролем и управлением содержанием примеси кислород в контуре в ядре потока свинцового теплоносителя и в пристенной области
- база экспериментальных данных характеристик теплообмена к свинцовому
теплоносителю в круглых трубах разного диаметра из ферритно-мартенситной и
аустенитных сталей при содержании примеси кислорода в диапазоне нормальных и
аварийных условий в энергетических контурах в диапазоне чисел Пекле 350 - 3500.
- база экспериментальных данных характеристик теплообмена к свинцовому
теплоносителю в кольцевой щели при внутреннем, наружном и двухстороннем обогреве при
содержании примеси кислорода в диапазоне нормальных и аварийных ус повий в
энергетических контурах в диапазоне чисел Пекле 250 - 1000
- результаты исследований контактного термического сопротивления при теплообмене
к свинцовому теплоносителю с контролем и управлением содержанием примеси кис порола в
ядре потока и в пристенной области.
Научная новизна
Научная новизна настоящей работы заключается в следующем:
- разработана методология исследований теплофизических характеристик іяжеіьіх
> жидкометаллических теплоносителей с контролем и управлением содержания примеси
' кислорода.
- впервые проведены комплексные экспериментальные исследования характеристик
теплообмена свинцового теплоносителя в круглой трубе и кольцевой щели при контроле и
регулирование содержании примеси кислорода в свинце и в контуре и получены
зависимости Nu=f(Pe) в диапазоне чисел Пекле 250 - 3500 при контролируемом и
регулируемом содержании примеси термодинамически активного кислорода !0'7 - 10 и
отложений примесей
Практическая значимость
Рекомендованы критериальные зависимости теплообмена при течении свинцового теплоносителя в круглых трубах и кольцевой щели при эксплуатационных содержаниях примеси кислорода в теплоносителе и контуре.
Результаты расчетно-теоретического анализа характеристик контактного термического сопротивления и полученные экспериментальные данные рекомендуются к использованию при проектировании и эксплуатации соответствующего теплообменного оборудования.
Методика проведения теплофизических исследований с контролем и регулированием эксплуатационных содержаний примесей в теплоносителе и в контуре рекомендуется в качестве обязательной для экспериментов со свинцовым и другими жидкометаллическими теплоносителями.
Достоверность основных научных положений и выводов работы: Достоверность экспериментальных исследований обусловлена корректностью сбора и обработки опытных данных, полученных с расчетом их погрешности. Достоверность полученных результатов заключается в их сходимости с полученными экспериментальными результатами других авторов
Личный вклад автора
Все расчетные, теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены в настоящей работе, выполнены автором лично или при его непосредственном участии.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались и прошли апробацию на конференции Теплофизика-2002 г Обнинске, на XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева, г. Рыбинск, 2003г, на Российском научно-техническом форуме «Ядерные реакторы на быстрых нейтронах» г. Обнинск, 2003г. на 2-ом Международном семинаре исследования по теплообмену в г. Блед, Словения, 2004г , на 11-ом совещании рабочей группы при IAHR по теплогидравлике усовершенствованных ядерных реакторов «Гидродинамика и теплообмен в однофазных и двухфазных потоках жидких металлов», Обнинск, 2004г, а также на совещаниях соответствующих специатистов
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в двух авторских свидетельствах на изобретение, пяти научно-технических отчетах, двенадцати докладах на научных конференциях и статье в журнале «Атомная энергия».
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения Об ьем работы составляет 260 страницу, 95 рисунков, 17 таблиц, списка использованных источников из 88 наименований, в том числе 18 работ автора.
