Теплогидравлический расчет твс реактора с водяным охлаждением

В зависимости от уровня мощности теплоотдача от твэлов к воде может осуществляться различным образом:

1. Если температура поверхности твэлов ниже температуры кипения теплоносителя при данном давлении, то имеет месте конвективный теплообмен с однофазной жидкостью.

2. Если температура поверхности твэлов выше температуры кипения теплоносителя при данном давлении, то вода в пристеночном слое прогревается и при наличии центров парообразования закипает; т.е. возникает поверхностное кипение. Режим кипения при относительно малых тепловых потоках — пузырьковый. Образовавшиеся пузырьки пара отрываются и уносятся с поверхности твэлов потоком теплоносителя. Попадая в слой недогретой до кипения воды, пузырьки пара конденсируются с отдачей тепла. Появление пузырькового кипения недогретой жидкости вызывает сильную турбулизацию потока теплоносителя, что также увеличивает теплоотдачу от твэлов.

3. При дальнейшем увеличении теплового потока количество образующихся пузырьков пара и, следовательно, площадь поверхности твэлов, занятая паровой фазой, увеличиваются. Если температура теплоносителя становится выше температуры кипения при данном давлении, то поверхностное кипение воды переходит в объемное, а пузырьки пара не конденсируются в объеме жидкости.

4. При определенном сочетании значений теплового потока, расхода теплоносителя и массового паросодержания пузырьковый режим кипения переходит в пленочный, при котором паровая фаза занимает всю площадь поверхности твэлов.

Механизм теплоотдачи при этом резко меняется: на поверхности твэлов появляется сплошная паровая плёнка с большим термическим сопротивлением. Конвективный теплообмен практически прекращается, и количество отводимого от твэлов тепла ограничивается теплопроводностью через паровую пленку. Температура твэлов при этом возрастает, что может привести к расплавлению оболочки и топлива. Очевидно, что при эксплуатации реактора такой режим, называемый кризисом теплообмена, должен быть исключен соответствующим ограничением мощности кассеты или увеличением расхода теплоносителя.

Качественная картина изменения коэффициента теплоотдачи и температур при охлаждении канала показана на рис.11.4.

Рис. 11.4. Качественная характеристи­ка процессов, происходящих в длин­ной теплоотдающей трубе при кипе­нии теплоносителя: 1 — температура теплоносителя; 2 — температура стенки трубы;

3 — температура насыщения; 4 — коэффи­циент теплоотдачи

Задача о теплообмене нагретого тела с теплоносителем не решается аналитически. В инженерных расчетах вводят коэффициент теплоотдачи — , связывающий тепловой поток с поверхности твердого тела (q_s) и перепад температур между поверхностью (стенкой) и теплоносителем (жидкостью):

q_s=(Т_ст – Т_ж). (11.19)

Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене с однофазной жидкостью находится по соотношению Михеева:

, (11.20)

В последних выражениях w— скорость теплоносителя,— кинематическая вязкость,_ж— теплопроводность теплоносителя,а— температуропроводность. Для вычисленияPr_жзначения теплофизических характеристик берутся при температуре теплоносителя, дляPr_ст— при температуре теплоносителя, равной температуре поверхности оболочки. Гидравлический диаметрD=d_г. Эффективный гидравлический диаметр пучка твэловd_г=4S/П, гдеS— полное поперечное сечение пучка (ТВС), П — полный периметр всех твэлов в пучке. Коэффициент заполнения пучка ТВС твэламиравен:

, (11.21)

где f=S_тв/S,S_тв— полное поперечное сечение твэлов в пучке.

Значение поправки на начальный участок ТВС, представлено в тебл.11.1.

Таблица 11.1