книги из ГПНТБ / Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие

Зависимость (7.53) справедлива в следующем диапазоне изменения режимных параметров:

u>f> = 500 + 2000 к% г сек ;

Ч= 1,1 '10в- 1,7 10ь вт/м2;

Р= 1,9 - 19,6 Мн/м г ■

Для закризисной области, где ос =» ar f ограни­ ченное количество экспериментальных данных не позво­ ляет разработать надежные расчетные рекомендации, учи­ тывающие влияние тепловой нагрузки.

В стационарных и транспортных ядерных реакторах ис­ пользуются рабочие каналы, выполненные в виде пучка тепловыделяющих стержней, обтекаемых в продольном на­ правлении вначале однофазным, а затем двухфазным паро­ водяным потоком. В таких системах сравнительно мало изучено гидравлическое сопротивление при течении одно­ фазного потока. Еще сложнее обстоит вопрос гидравлики при движении двухфазного потока в пучках стержней.

ком диапазоне паросодержаний имеет место одинаковая за­ висимость потерь на трение от давления и расхода двух­ фазного теплоносителя.

310

V

ния, паросодержания и скорости циркуляции. Условно обозначая

торой представлен на рис. 7 .6 . Так же как и при одно­ фазном потоке, в указанном диапазоне изменения относи-

311

Формула (7 .57) справедлива для круглых труб при значе­ нии £ ( &/о()ж 1,0 или s/ d = 1,153, что следует из (7 .5 8 ).

Зависимость функции 1(р) от давления показана на рис. 7 .7 и отражает влияние физических свойств фаз на линии насыщения на гидравлическое сопротивление. Эта зависимость описывается уравнением

312

Функции -f(ос) и f(ut0) учитывают воздействие на гидравлическое сопротивление паросодержания и скорости потока:

Формула (7.55) получена при движении адиабатичес­

313

(рис. 7 .8 ). Аномальный характер влияния шероховатости объясняется сложной физической картиной движения реаль­ ного двухфазного потока. В области средних паросодержаний имеет место дисперсно-кольцевой режим движения

дела фаз обусловливает основную долю диссипативных по­ терь энергии. Степень влияния шероховатости на величи­ ну & р 9ю зависит от ее влияния на состояние поверх­

ности движущейся пленки жидкости, которая может быть гладкой или волнистой, в зависимости от кинетической энергии парового ядра. В последнем случае Ардю воз­

растет. В случае волнообразования бугорки шероховатос­ ти, играя роль своеобразных "волноломов" и уменьшая

волнообразование, могут снизить сопротивление двухфаз­ ного потока.

Известно, что в водо-водяном реакторе кипящего и не­ кипящего типа при высоких тепловых нагрузках может суще­ ствовать кипение с недогревом на значительной длине тепловыделяющих элементов активной зоны. Опытами уста­

на теплоотдачу при поверхностном кипении. Относительное увеличение сопротивления зависит от

тепловой нагрузки, скорости, недогрева жидкости до тем­ пературы насыщения и давления:

314

& Рк.н

уменьшается,а с ростом тепловой нагрузки увеличивается. При проектировании систем с двухфазным потоком не-

315

обходимо определять перепады давления в местных сопро­ тивлениях.Влияние местных сопротивлений моют сущест­ венно сказаться на циркуляционных характеристиках ки­ пящих систем с естественной циркуляцией. При движении пароводной смеси в различных элементах тракта гидрав­ лические потери в связи с изменением скорости по ве­ личине или направлению приближенно можно оценивать по гомогенной модели»

видов местных сопротивлений даны в виде таблиц и но­ мограмм [56,29 ], Перепад давления в местном сопротив­ лении, преодолеваемом потоком двухфазной смеси, яв­ ляется наименее исследованным вопросом в гидродина­ мике. Гомогенная модель моют привести к существенным погрешностям. Так, при входе пароводяной смеси в трубу из коллектора структура потока отличается от стабили­ зированной. При этом истинное паросодержание <р мень­ ше, а плотность смеси больше стабилизированных вели­ чин, что вызывает больший перепад давления, чем рас­

ем на следующем примере. В кипящих реакторах внезап­ ное расширение пароводяной смеси при переходе от ра­ бочих каналов к тяговым участкам и при выходе из тя­ гового участка в отражатель сопровождается перераспре­ делением фаз по сечению потока, изменением количества движения и кинетической энергии до и после изменения сечения, вскипанием или конденсацией смеси. Все эти эффекты значительно усложняют не только гидродинамичес-

316

кий анализ, но и постановку соответствующих экспери­ ментов. При допущении о равенстве паросодержаний до внезапного расширения и после него перепад давления можно рассчитать аналитически, используя теорему о ко­ личестве движения, аналогично выводу обобщенной форму­ лы удара [ 29 ] . Полученная в результате расчета фор­ мула имеет вид

где R =» / - множитель, учитывающий двухфазность потока>

R = ос

отношение площади сечения до и после

расширения.

Зависимость (7.65) является наиболее общей, спра­ ведливой для однофазных и двухфазных потоков и вклю­

Повышение давления вследствие изменения скорости по уравнению энергии БЕРНУЛЛИ для идеальной жидкости равно

2 (/~6г).(7.68)

317

Потери давления на собственно расвирение равны разно­ сти перепадов по зависимостям (7.68) и (7.67)

т .е . получили широко известную в гидравлике формулу для расчета коэффициента местного сопротивления при внезапном расширении однофазного потока.

Зависимость (7.64) подтверждается лишь в отдельных частных случаях, и для ее уточнения необходимы даль­ нейшие эксперименты.

§ 42. Естественная циркуляция в иарогенеоигоую - ших аппаратах

Надежная работа теплообменного аппарата в значитель­ ной мере определяется температурным режимом поверхно­ сти нагрева. Необходимый температурный режим и ус­ ловия теплоотвода обеспечиваются надлежащей организа­ цией движения теплоносителя и рабочей среды.

В ядерннх реакторах и парогенераторах циркуляция теплоносителя и рабочего тела может осуществляться двумя способами: за счет внешней побудительной силы - принудительная циркуляция и за счет использования гра­ витационных сил - естественная циркуляция.

Принцип принудительной циркуляции широко использу­ ется в парогенераторах и реакторах с водой под давле­ нием и кипящего типа. В этих же аппаратах может при­ меняться принцип естественной циркуляции в качестве основного способа обеспечения необходимого скоростно­ го режима теплоносителя. В установках с принудительным движением теплоносителя естественная циркуляция может быть использована как аварийное средство отвода тепла, а также 4;ри вводах и выводах установки из действия.

318

Основные положения теории естественной

йрркудядии

Рассмотрим физическую сущность естественной циркуля­ ции применительно к кипящему реактору. Простейший цир­ куляционный контур, представленный на рис. 7.9, состо­ ит из нижней раздающей камеры, верхней пароводяной камеры, обогреваемого рабочего канала с тяговым участ­ ком и опускного участка. Конструктивно опуск может быть оформлен либо в заэкранном пространстве, либо в специальных наружных трубах с большим диаметром.

Рис. 7 .9 . Гидродинамическая схема кипящего реактора с естественной циркуляцией

319