- •ГИДРОДИНАМИКА
- •Литература
- •Программа курса
- •Структура курса
- •Первый закон термодинамики – показывает в каких количествах один вид энергии переходит в
- •Первый закон термодинамики
- •Первый закон термодинамики
- •Второй закон термодинамики – указывает направление переноса тепла
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Аналогия трех механизмов переноса
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Основные понятия
- •Электро-тепловая аналогия
- •Многослойная плоская стенка
- •Греческий алфавит
- •ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕ В ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРАХ
- •Деление U 235
- •Деление U 235
- •Деление U 235
- •Деление U 235
- •Тепловая мощность реактора, Вт
- •Распределение
- •Распределение энерговыделения в реакторе
- •Функции Бесселя
- •Выравнивание энерговыделения
- •Выравнивание энерговыделения
- •Выравнивание энерговыделения
- •Распределение энерговыделения в реакторе
- •Распределение энерговыделения в реакторе
- •Распределение температуры в канале с
- •Тепловыделяющий элемент (твэл)
- •Распределение температуры в канале ВВЭР
- •Распределение температуры в канале БН
- •Остаточное тепловыделение
- •СТАЦИОНАРНЫЕ
- •ФУРЬЕ Жан Батист Жозеф
- •Коэффициент теплопроводности , Вт/(м К)
- •Механизм теплопроводности
- •Механизм теплопроводности
- •Механизм теплопроводности
- •Механизм теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Запись Лапласиана В декартовых координатах
- •Запись Лапласиана
- •Запись Лапласиана
- •Условия однозначности
- •Граничные условия
- •Граничные условия
- •СТАЦИОНАРНЫЕ
- •Дифференциальное уравнение теплопроводности
- •Распределение температуры в пластине
- •Распределение температуры в пластине
- •Распределение температуры в пластине
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением
- •Частный случай
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением (Г.У. III рода)
- •Распределение температуры в пластине с внутренним тепловыделением (Г.У. III рода)
- •Частный случай - нет внутреннего тепловыделения
- •Частный случай - 2
- •Поле температуры в цилиндрической стенке без
- •Поле температуры в цилиндрической стенке
- •Поле температуры в цилиндрической стенке
- •Поле температуры в цилиндрической стенке с внутренним тепловыделением
- •Поле температуры в цилиндрической стенке с внутренним тепловыделением
- •Поле температуры в сплошном цилиндре
- •Поле температуры в сплошном цилиндре
- •Поле температуры в шаре с тепловыделением
- •Поле температуры в шаре с тепловыделением
- •Поле температуры в шаре с тепловыделением
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Перенос тепла в ребрах
- •Учет зависимости теплопроводности от температуры
- •Учет зависимости теплопроводности от температуры
- •Учет зависимости теплопроводности от температуры (цилиндрическая геометрия)
- •Учет зависимости теплопроводности от температуры
- •Учет зависимости теплопроводности от
- •Обмуровка трубопроводов
- •Использование тепловой изоляции
- •Критический диаметр тепловой изоляции
- •Критический диаметр тепловой изоляции
- •Критический диаметр тепловой изоляции
- •Критический диаметр тепловой изоляции
- •НЕСТАЦИОНАРНЫЕ
- •Нестационарный : температура конструктивных элементов процесс меняется во времени (пуск, остановка,
- •2. Температура тела претерпевает регулярные периодические изменения (температурные волны).
- •Уравнение нестационарной теплопроводности
- •Уравнение нестационарной теплопроводности
- •Уравнение нестационарной теплопроводности
- •Теплопроводность тела с бесконечно малым термическим сопротивлением
- •Теплопроводность тела с бесконечно малым термическим сопротивлением
- •Теплопроводность тела с бесконечно малым термическим сопротивлением
- •Поле температур в полубесконечном массиве
- •Поле температур в полубесконечном массиве
- •Поле температур в полубесконечном массиве
- •Поле температур в полубесконечном массиве
- •Поле температур в полубесконечном массиве
- •Нестационарное поле температуры в пластине
- •Нестационарное поле температуры в пластине
- •Нестационарное поле температуры в пластине
- •Нестационарное поле температуры в пластине
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Поля температуры в телах простой формы
- •Регулярные тепловые режимы
- •Регулярные тепловые режимы
- •Регулярные тепловые режимы
- •Регулярные тепловые режимы
- •Измерение свойств с помощью регулярных тепловых режимов
- •Измерение свойств с помощью регулярных тепловых режимов
- •КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
- •Конвективный тепломассообмен
- •Режимы свободной конвекции
- •Осборн Рейнольдс
- •Людвиг Прандтль Ludwig Prandtl (1875-1953)
- •Гидродинамический пограничный слой
- •Гидродинамический пограничный слой
- •Тепловой пограничный слой
- •Ernst Kraft Wilhelm Nusselt (1882-1957)
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена (законы сохранения)
- •Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •Осреднение скорости по сечению канала
- •Осреднение температуры по сечению канала
- •Изменение температуры вдоль обогреваемого канала
- •Изменение температуры вдоль обогреваемого канала
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Подобие и моделирование тепловых процессов
- •Общие рекомендации перед началом эксперимента
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Примеры соотношений конвективного теплообмена
- •Выбор определяющих размеров и температур
- •КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
- •Турбулентный поток
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена m - плотность поперечного потока массы между слоями,
- •Теории теплообмена
- •Полуэмпирические теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Полуэмпирические теории теплообмена
- •Полуэмпирические теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •Теории теплообмена
- •КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
- •Интегральное уравнение стабилизированного теплообмена Интеграл Лайона (1951)
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Интеграл Лайона
- •Внешнее обтекание тел
- •Внешнее обтекание тел
- •Внешнее обтекание тел
- •Внешнее обтекание тел
- •Внешнее обтекание тел
- •Внешнее обтекание тел
- •Обтекание цилиндра
- •Обтекание цилиндра
- •Изменение коэффициента теплообмена по периметру цилиндра
- •Обтекание цилиндра
- •Обтекание шара
- •Поперечное обтекание пучков труб
- •Поперечное обтекание пучков труб
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Пучки стержней (продольное обтекание)
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •Вынужденное течение в каналах
- •КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН В ОДНОФАЗНЫХ СРЕДАХ
- •Свободная (естественная) конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция
- •Смешанная конвекция
- •Границы свободной, вынужденной и смешанной конвекции
- •Смешанная конвекция около вертикальной пластины
- •Расчетные формулы
- •Свободная конвекция
- •Свободная конвекция наклонных поверхностей
- •Свободное движение жидкости в ограниченном пространстве
- •Свободное движение жидкости в ограниченном пространстве
- •Теплообмен в околокритической области
- •Изменение свойств воды при СКД
- •Теплообмен в околокритической области
- •Теплообмен в околокритической области
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Перенос газа при высоких скоростях
- •Что дает переход на СКП?
Вынужденное течение в каналах
Гладкие круглые трубы
Reкр 2300 изотермическое течение
неизотермическое течение (течение с теплообменом) Reкр 2300
развитое турбулентное течение Re 104
|
|
гидродинамические и |
стабилизированный |
теплообмен |
|
термические |
|
(тепловые) |
|
начальные участки |
|
221
Вынужденное течение в каналах
ламинарный режим
tw = const
q = const
Nu 3,66
Nu 4,36
|
d |
0,33 f |
0,14 |
|||||
Nu 1,86 Re Pr |
|
|
|
|||||
|
l |
|
|
|
|
|
||
|
|
w |
||||||
Re Pr ( d l ) 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Определяющая температура |
|
|
|
(tw t f ) |
|
|
||
t |
|
|||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
||
222
Вынужденное течение в каналах
Переходный режим Re ~ 103 104
течение может быть неустойчивым
ламинарный
турбулентный
ламинарный
пульсации давления и пульсации характеристик теплообмена
Конструкторам: исключить работу оборудования в переходном режиме
223
Вынужденное течение в каналах
турбулентный режим |
Nu C |
Rem Prn |
|
Для участка стабилизированного теплообмена при течении воды
Nu 0,023 Re0,8 Pr0,4
|
|
( |
|
tw ) 2 |
|
( tвх tвых ) 2 |
|
t |
t f |
t f |
Для начального участка вводится поправка С(Pr, x/d)
224
Вынужденное течение в каналах
Локальное число Нуссельта для турбулентного течения
формула Петухова Б. С., Кириллова В. В.
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Nu |
8 Re Pr Ct |
||||||
|
K 4,5 |
|
|
Pr2 |
3 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
K 1 900 Re |
1,82lg Re 1,64 2 |
|||||||
Ct - поправка на неизотермичность потока |
||||||||
Pr 0,1 200 |
Re 4 103 5 106 |
точность 5% |
||||||
225
Вынужденное течение в каналах
Шероховатые трубы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пристенная ламинарная пленка |
|||||||||||||||||||||||||||
гидродинамически |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
гладкая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
поверхность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
гидродинамически |
|
|
f (Re) |
|
|
|
|
|
|
|||
негладкая |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,25 |
|
поверхность |
|
|
|
0,8 |
|
0,47 |
|
Pr |
f |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Nu 0,022 Re |
Pr |
|
|
|
Сш |
|||||
|
|
|
|
|
Pr |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
|
||
Сш - поправка на влияние шероховатости |
Сш f ( s ) |
|||||||||||
Шероховатость увеличивает интенсивность теплообмена, т.к. вызывает дополнительную турбулизацию пограничного слоя
226
Пучки стержней (продольное обтекание)
Тепловыделяющие сборки (ТВС) ядерных реакторов
треугольная упаковка |
квадратная упаковка |
Особенности теплообмена в пучках стержней по сравнению с трубой
Неравномерное распределение по периметру твэлов :
касательных |
|
скорости |
|
температуры |
напряжений |
|
|
||
|
|
|
|
227
Вынужденное течение в каналах
Поле температур в твэле определяется не только свойствами теплоносителя и распределением скоростей около твэла, но и параметрами твэла (размерами сердечника и оболочки, их теплопроводностью, контактным термическим сопротивлением между ними
k |
безразмерный коэффициент теплопроводности твэлов, |
|
параметр теплового моделирования |
Ушаков П.А. (ФЭИ) k f ( f |
, w , 1, 2 ,...R1,R2 ,R3 ,...,Rc ) |
||
|
Nu f Re, Pr, |
x, k |
|
х = s/d - относительный шаг решетки стержней
228
Вынужденное течение в каналах
Характерный размер - гидравлический диаметр |
|
|
|
|
|
|
||||||
бесконечной решетки стержней |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
|||
Треугольная упаковка стержней |
|
|
|
dг d |
|
|
|
|
|
x |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
4 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Квадратная упаковка dг d |
|
x |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 |
Pr |
0,4 |
15% |
|
|
|
|||
|
Nu A Re . |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Для тесных пучков |
|
|
|
|
|
0,91 |
|
|
|
|
|||
A 0,0165 0,02 |
x |
0,15 |
(x<1,2) |
|
|
|||||
1 |
x |
2 |
|
|
нужно учитывать |
k |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
229
Вынужденное течение в каналах
Методы интенсификации теплообмена твэлов с
помощью ребер (газовые реакторы)
230