решетки) на каждом высотном шаге; 5) по желанию пользователя, в интересующем сечении по высоте могут быть

выведены в виде картограмм твэл или каналов следующие величины:

-энерговыделение твэл; энерговыделениe в каналах;

-площади сечений каналов (относительные);

-средний шаг решетки (относительный);

-скорость теплоносителя (относительная);

-параметры межканального массообмена;

-параметры межканального теплообмена;

-температуры теплоносителя в каналах; максимальные температуры оболочек твэл (без факторов перегрева);

-максимальные неравномерности подогрева по периметру твэл;

-относительные подогревы теплоносителя в каналах;

-максимальные относительные подогревы около каждого твэл;

-температуры теплоносителя в зазоре между ТВС и температуры внутренней поверхности шестигранного чехла;

-температуры оболочек всех твэл в 12-ти точках по периметру;

-средний по сечению ТВС подогрев теплоносителя в интересующем высотном сечении.

Для пробных расчетов по разработанной программе использовались параметры ВВЭР-СКД из (Кириллов, 2001) и SCFR из (Oka and Koshizuka, 2000) (Таблица 1).

Рис.5: Поперечное сечение ТВС-СКД в области "прослойки"

137

3.СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТОВ ПО ПРОГРАММЕ МИФ-СКД И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

3.1. Сравнение расчетов с данными, полученными на круглой трубе

Подавляющее число опытов по изучению теплогидравлики воды при сверхкритических давлениях были проведены на трубах. К сожалению, первичные данные единственных опытов на пучке стержней при сверкритическом давлении воды (Дядякин и Попов, 1977) были утеряны, поэтому для верификационных расчетов были выбраны данные, полученные в ГНЦ РФ ФЭИ.

Опыты проводились А.М. Смирновым на электрообогреваемой трубе внутренним диаметром 10 мм и длиной 4 м (Кириллов и др., 1986, Кириллов и др., 2003), установленной на стенде СКД.

В свое время в работе (Marcoczy, 1972) на основе обширных экспериментов, выполненных в пучках различной геометрии, а также многочисленных данных других авторов, полученных для 63 пучков различной конструкции, была рекомендована обобщенная зависимость для расчета теплообмена в продольно обтекаемых пучках труб или стержней, охлаждаемых газами и неметаллическими невязкими жидкостями:

Nuпучка =1 + 0,91Re−0,1 Pr0,4 [1 − 2 exp(− B)]

Nuтр

где для треугольной решетки B = 2 3 S 2 −1.

π d

Формулу рекомендовалось использовать в следующих интервалах режимных и геометрических параметров: 3 103 < Re <106 ; 0,66 < Pr < 5,0 ; 0,103 ≤ B ≤ 3,5 ;

1,02 < S / d < 2,5 .

Для того чтобы провести сравнение экспериментальных и расчетных данных, результаты расчетов по программе МИФ-СКД для пучков стержней были обработаны по вышеизложенной методике. Сравнение опытных и расчетных данных для одного режима представлено на Рис. 6. Показано их удовлетворительное согласование.

138

420.0

T, C

410.0

400.0

390.0

380.0

H, м

370.0

Рис.6. Сравнение экспериментальных и расчетных значений температуры стенки для следующих экспериментальных параметров: Рвх = 24,202 МПа; ρW=506 кг/м2с; tвх= 352оС; G=0,039721 кг/с

(точки – экспериментальные данные, линия – расчет по программе МИФ-СКД)

3.2. Верификация расчетов на данных, полученных на пучке стержней, охлаждаемом фреоном сверхкритических параметров

Верификация кода МИФ-СКД проводилась также с использованием экспериментальных данных, полученных в ГНЦ РФ ФЭИ на фреоновом стенде (Кириллов П.Л. и др., 2006). Использование фреона как моделирующей жидкости было обосновано при изучении процессов теплообмена в потока сверхкритических параметров, а также при изучении кризиса теплообмена.

Рабочий участок представлял пучок из семи гладких стержней, заключенных в круглый чехол (Рис. 7).

Рис. 7. Схема пучка стержней на фреоновом стенде и расположение термопар

Первое предварительное сравнение показало, что результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. На Рис. 8 показаны экспериментальные точка, измеренные термопарами Т1, Т2 и Т3 (как показано на Рис. 7). В эксперименте,

139

представленном здесь фреон на входе в рабочий участок уже имел сверхкритические параметры. Был замечен некоторый рост температуры в конце рабочего участка. По всей вероятности это является следствием вступления в режим ухудшенного теплообмена.

Для верификации программы МИФ-СКД требуется завершить обработку экспериментальных данных и провести анализ распределений температуры различных режимах обтекания пучка стержней.

Рис.8: Экспериментальные данные, полученные на пучке стержней, охлаждаемом фреоном при следующих параметрах: мощность N=7 кВт, давление на входе Рin = 46,31 бар; давление на выходе Рout = 46,29 бар; массовая скорость ρW=670 кг/м2с; температура на входе tin= 119.04оС; (точки– результаты экспериментов, линия – расчет по программе МИФ-СКД)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате модификации поканальной программы МИФ разработана новая версия МИФ-СКД, позволяющая рассчитывать теплогидравлику тепловыделяющих сборок, охлаждаемых водой при сверхкритическом давлении.

Программа учитывает особенности теплообмена и гидродинамики при сверхкритических параметрах, переменность свойств в околокритической области, неравномерное энерговыделение по высоте активной зоны, наличие дистанционирующих устройств, возможную деформацию ТВС.

Программа позволяет рассчитать температуру теплоносителя в любом сечении по высоте в каждой ячейке ТВС, распределение температуры оболочки твэлов по периметру, распределение температуры чехла ТВС.

Предварительная верификация программы показала удовлетворительное согласование с экспериментом.

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Министерства промышленности и науки Российской Федерации.

140