10.2. Тепловая и гидравлическая неравномерности параллельно включенных парогенерирующих каналов

Параллельно включенные парогенерирующие кана-лы никогда не бывают абсолютно одинаковыми. Их нетож-дественность объясняется как различием общего тепловос-приятия и профиля энерговыделения по высоте, так и. гео-метрическим различием, связанным с технологическим от-ступлением при изготовлении.

В результате неодинакового обогрева и расхода рабочего тела через каналы энтальпия среды на выходе из отдельных элементов может сильно отличаться от среднего значения. Отклонение приращения энтальпии в них от среднего значения для всех параллельно включенных каналов называется тепловой разверкой. Величина, характеризующая тепловую разверку, называется коэффициентом тепловой разверки

η_т=Δі_к/Δі_сρ, (10.27)

где Δі_κ — приращение энтальпии среды в отдельном канале; Δі_ср — среднее приращение энтальпии во всех каналах. Канал, имеющий наибольшее значение η_т, называется разверенным. Для разверенной трубы значение η_т может быть определено из уравнений теплового баланса трубы и всего параллельно включенного пучка труб

ρ'w(πd²/4) (i_выx—i_вх)=πdLq(z); (10.28)

ρ'w_cpn(πd²/4) (і_пуч—i_вх)=πdnL_пучq_пуч(z), (10.29)

где w, w_ср — соответственно скорость теплоносителя в раз-веренной трубе и средняя скорость во всем пучке; q(z), q_пуч(z) — соответственно среднеинтегральные тепловые потоки по длине разверенной трубы и всего пучка труб; n — число труб в пучке; і_вых, і_пуч— энтальпия среды на выходе из разверенной трубы и средняя энтальпия на выходе из всего пучка; L — обогреваемая длина трубы; L_пуч — средняя обогреваемая длина пучка.

С учетом зависимостей (10.27) — (10.29) коэффициент тепловой разверки может быть выражен следующим обра-зом:

η_т=(i_выx—i_вх) / (i_пуч—i_вх) =q(z)w_ср/[q_пуч(z)w]. (10.30)

Уравнение (10.30) получено в предположении конструк-ционной тождественности геометрических величин, когда L=L_пуч и диаметры труб равны между собой. С учетом

конструкционной нетождественности коэффициент η_т равен η_т=Fq (z) М_пуч/ [F_пучq_пуч (z)М], (10.31)

где F=πdL — площадь обогреваемой поверхности разве-ренной трубы; F_пуч=nπdL_пуч — площадь обогреваемой по-верхности всего пучка; M=ρ'w(πd²/4) — массовый расход среды через разверенную трубу; М_пуч=пρ'w_cр(πd²/4) — средний массовый расход среды через весь пучок. Если обозначить η_к = F/F_пуч, η_э=q(z)/q_пуч(z), η_г=M/M_пуч, то

η_т=η_кη_э/η_г, (10.32)

где η_κ — коэффициент конструкционной нетождественно-сти; η_э — коэффициент нетождественности энерговыделе-ния (теплоподвода); η_г — коэффициент гидравлической разверки.

В активной зоне ядерного реактора из-за неравномер-ности энерговыделения по радиусу каждый технологический канал (или кассета), расположенный на некотором расстоянии от центра, имеет энерговыделение, отличное (меньшее) от энерговыделения в центральном канале. Кроме того, из-за неравномерности энерговыделения по высоте активной зоны имеется дополнительная тепловая нетождественность в каналах. Механическая нетождественность создает условия неравномерности энерговыделения в сечении кассеты. Таким образом, в каждой кассете ядерного реактора имеет место значительная тепловая нетождественность из-за неравномерностей энерговыделения по радиусу и высоте активной зоны и неравномерности энерговыделения по сечению самой кассеты или технологического канала. Для уменьшения тепловой разверки по активной зоне (уменьшения коэффициента тепловой разверки) искусст-венно увеличивают коэффициент гидравлической разверки путем перераспределения массы теплоносителя по зоне та-ким образом, чтобы максимальный расход имел место в наиболее энергонапряженных кассетах, а минимальный — в менее напряженных. При искусственном увеличении зна-чения η_г, стоящего в знаменателе равенства (10.32), умень-шается коэффициент тепловой разверки.