Цель работы
1. Акцентировать внимание на эффективность работы АЭС по преобразованию тепловой энергии в электрическую и контроль сбрасываемого тепла в окружающую среду через водоем-охладитель.
2.Получить практический опыт применения полученных знаний по курсу «Тепловые процессы в ЯЭУ» для инженерных расчетов - оценки исследуемых тепловых процессов, с целью их идентификации и постановки оптимальных экспериментов и опытов.
3.Для Смоленской АЭС , при работающих трех блоках, рассчитать эффективность работы водоема-охладителя для различных сезонов года. Оценить вклад испарения, конвекции и лучистой составляющей в процесс теплоотдачи.
Краткая теоретическая часть
Водоем-охладитель - водный объект искусственного или естественного происхождения, предназначенный для охлаждения циркуляционной воды в системе технического водоснабжения ТЭС.
Удельная тепловая нагрузка водоема-охладителя - количество тепла, которое поступает в водоем-охладитель вследствие выпуска и забора циркуляционной воды ТЭС в единицу времени, отнесенное к единице свободной поверхности водоема-охладителя.
Коэффициент использования - показатель эффективности схемы использования водоема-охладителя, полученный на основе сравнения процесса охлаждения в реальном водоеме-охладителе и условном прямоугольном водоеме с плоскопараллельным течением.
Активная площадь водоема-охладителя - площадь условного прямоугольного водоема с плоскопараллельным течением, обеспечивающего при прочих равных условиях ту же температуру охлажденной циркуляционной воды на водозаборе ТЭС, что и рассматриваемый реальный водоем-охладитель.
Уравнение теплового баланса для установившегося режима
, где e - коэффициент теплоотдачи испарением, Вт/(м2·Па);
c - коэффициент теплоотдачи конвекцией), Вт/(м2·°С)
еm - упругость насыщенных паров у поверхности воды, кПа;
е - давление насыщенных паров воды при температуре воздуха, кПа;
Ts - средняя температура рабочей поверхности воды водоема- охладителя, °С ;
Ta - температура воздуха в районе водоема-охладителя, °С;
R - радиационный баланс Вт/м2.
Данные о работе водоема-охладителя Смоленской АЭС за 200 год
Год |
Месяц |
Ta |
Та |
Ts |
em |
e |
W2 |
Wф |
Тр |
С |
С |
С |
кПа |
кПа |
м/с |
м/с |
С |
||
2000 |
январь |
-6,2 |
-10,2 |
8,4 |
1,1 |
0,968 |
1,4 |
3,7 |
-12,2 |
февраль |
-2,3 |
-9,2 |
8,8 |
1,13 |
0,9718 |
2 |
3,9 |
-9,9 |
|
март |
-1 |
-4,3 |
10,9 |
1,3 |
1,079 |
1,4 |
3,8 |
-3,1 |
|
апрель |
11 |
4,4 |
16,4 |
1,86 |
1,3764 |
1,9 |
3,7 |
6,9 |
|
май |
11,8 |
11,9 |
19,5 |
2,26 |
1,13 |
2,3 |
3,4 |
14,3 |
|
июнь |
15,4 |
16 |
24,7 |
3,11 |
1,7105 |
2,7 |
3,1 |
18,8 |
|
июль |
17,6 |
18,1 |
26,7 |
3,5 |
2,38 |
1,4 |
2,9 |
20,2 |
|
август |
16,3 |
16,3 |
26,9 |
3,54 |
2,1594 |
1,6 |
2,7 |
18,1 |
|
сентябрь |
10,3 |
10,7 |
23 |
2,8 |
1,848 |
1,8 |
3,1 |
11,4 |
|
октябрь |
7,8 |
4,3 |
17,9 |
2,05 |
1,476 |
1,6 |
3,7 |
3,8 |
|
ноябрь |
2,5 |
-1,9 |
12,9 |
1,48 |
1,2284 |
2,2 |
3,8 |
-3,3 |
|
декабрь |
-0,9 |
-7,3 |
9,7 |
1,2 |
1,032 |
2 |
3,9 |
-8,8 |
|
Год |
Месяц |
Ф0 |
n |
ар |
dT |
Е |
G |
C |
ρ |
вт/м2 |
доли |
альбедо |
С |
влаж.в.% |
м3/с |
Дж./кгС |
кг/м3 |
||
2000 |
январь |
42 |
0,76 |
0,16 |
9,4 |
88 |
150 |
4200 |
999 |
февраль |
90 |
0,75 |
0,12 |
9,8 |
86 |
150 |
4200 |
999 |
|
март |
174 |
0,72 |
0,09 |
9,3 |
83 |
150 |
4200 |
999 |
|
апрель |
251 |
0,67 |
0,07 |
8 |
74 |
150 |
4200 |
999 |
|
май |
314 |
0,62 |
0,07 |
7,7 |
50 |
150 |
4200 |
999 |
|
июнь |
337 |
0,61 |
0,06 |
7,6 |
55 |
150 |
4200 |
999 |
|
июль |
327 |
0,62 |
0,07 |
8,5 |
68 |
150 |
4200 |
999 |
|
август |
259 |
0,62 |
0,07 |
7,6 |
61 |
150 |
4200 |
999 |
|
сентябрь |
188 |
0,68 |
0,08 |
7,8 |
66 |
150 |
4200 |
999 |
|
октябрь |
100 |
0,8 |
0,11 |
7,4 |
72 |
150 |
4200 |
999 |
|
ноябрь |
49 |
0,85 |
0,14 |
7,3 |
83 |
150 |
4200 |
999 |
|
декабрь |
31 |
0,87 |
0,16 |
8,2 |
86 |
150 |
4200 |
999 |
Ход работы
I. Определяем удельную тепловую нагрузку зеркала водоема-охладителя Смоленской аэс за 2000 год
1. Определяем площадь зеркала водоема-охладителя по формуле:
Ωакт = Кисп·Ω , м2
, где Ω - площадь свободной поверхности водоема-охладителя; м2;
Кисп - коэффициент использования водоема-охладителя (определяется по таблице 2 "Значения показателей эффективности схемы использования для водоемов-охладителей различного типа");
Получаем:
При штиле и благоприятных направлениях ветра:
Ωакт1 = 34440000 м2
При неблагоприятных направлениях ветра:
Ωакт2 = 31500000 м2
2. Определяем удельную тепловую нагрузку зеркала водоема-охладителя за каждый месяц работы АЭС при благоприятных и неблагоприятных условиях по формуле:
Qуд
=
, Вт/м2
, где с - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·С);
ρ - плотность воды, кг/м3;
G - расход воды, м3/c;
dT - перепад температур( разность температур сбрасываемой воды и заборной), С;
Получаем:
Месяц |
Qуд, Вт/м2 |
|
Благоприятные условия |
Неблагоприятные условия |
|
1.Январь |
171.8 |
187.8 |
2.Февраль |
179.1 |
195.8 |
3.Март |
169.9 |
185.8 |
4.Апрель |
146.2 |
159.8 |
5.Май |
140.7 |
153.8 |
6.Июнь |
138.9 |
151.8 |
7.Июль |
155.3 |
169.8 |
8.Август |
138.9 |
151.8 |
9.Сентябрь |
142.5 |
155.8 |
10.Октябрь |
135.2 |
147.9 |
11.Ноябрь |
133.4 |
145.9 |
12.Декабрь |
149.9 |
163.8 |
II. Оцениваем составляющие теплообмена зеркала водоема-охладителя смоленской аэс с атмосферой за 2000 год
1. Находим тепло, отданное в процессе испарения
а. Определяем коэффициент теплоотдачи испарением по формуле
e = 0,084(1 + 0,135W), Вт/(м2·Па)
, где W - скорость воздуха над поверхностью воды водоема - охладителя, м/с;
Получаем:
Месяц |
e, Вт/(м2·Па) |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
0.100 |
0.126 |
2.Февраль |
0.107 |
0.128 |
3.Март |
0.100 |
0.127 |
4.Апрель |
0.106 |
0.126 |
5.Май |
0.110 |
0.123 |
6.Июнь |
0.115 |
0.119 |
7.Июль |
0.100 |
0.117 |
8.Август |
0.102 |
0.115 |
9.Сентябрь |
0.104 |
0.119 |
10.Октябрь |
0.102 |
0.126 |
11.Ноябрь |
0.109 |
0.127 |
12.Декабрь |
0.107 |
0.128 |
б. Определяем тепло, отданное в процессе испарения по формуле:
Qисп = αе·(еm - е), Вт/м2
Получаем:
Месяц |
Qисп, Вт/м2 |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
13.2 |
16.6 |
2.Февраль |
16.9 |
20.3 |
3.Март |
22.1 |
28.1 |
4.Апрель |
51.0 |
60.9 |
5.Май |
124.4 |
138.5 |
6.Июнь |
160.4 |
166.8 |
7.Июль |
111.9 |
130.9 |
8.Август |
141.0 |
158.2 |
9.Сентябрь |
99.4 |
113.4 |
10.Октябрь |
58.6 |
72.3 |
11.Ноябрь |
27.4 |
32.0 |
12.Декабрь |
17.9 |
21.5 |
2. Находим тепло, отданное в процессе конвекции
а. Определяем коэффициент теплоотдачи конвекцией по формуле:
c =5,38 (1 + 0,135W), Вт/(м2·°С)
Получаем:
Месяц |
c, Вт/(м2·°С) |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
6.40 |
8.07 |
2.Февраль |
6.83 |
8.21 |
3.Март |
6.40 |
8.14 |
4.Апрель |
6.76 |
8.07 |
5.Май |
7.05 |
7.85 |
6.Июнь |
7.34 |
7.63 |
7.Июль |
6.40 |
7.49 |
8.Август |
6.54 |
7.34 |
9.Сентябрь |
6.69 |
7.63 |
10.Октябрь |
6.54 |
8.07 |
11.Ноябрь |
6.98 |
8.14 |
12.Декабрь |
6.83 |
8.21 |
б. Определяем тепло, отданное в процессе конвекции по формуле:
Qконв = c· (Ts - Ta), Вт/м2
Получаем:
Месяц |
Qконв, Вт/м2 |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
93.4 |
150.1 |
2.Февраль |
75.8 |
147.8 |
3.Март |
76.1 |
123.7 |
4.Апрель |
36.5 |
96.8 |
5.Май |
54.3 |
59.7 |
6.Июнь |
68.3 |
66.4 |
7.Июль |
58.2 |
64.4 |
8.Август |
69.3 |
77.8 |
9.Сентябрь |
84.9 |
93.9 |
10.Октябрь |
66.1 |
109.7 |
11.Ноябрь |
72.6 |
120.5 |
12.Декабрь |
72.4 |
139.6 |
3. Находим тепло, отданное в процессе лучистого теплообмена
а. Определяем эффективное излучение при безоблачном небе по формуле:
I = (-2,889·104e + 1,607)Ta - 1,123·102е - 32,46 log(e/133,3) + 107,6, Вт/м2
Получаем:
Месяц |
I, Вт/м2 |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
60.6 |
55.2 |
2.Февраль |
65.6 |
56.5 |
3.Март |
64.7 |
60.4 |
4.Апрель |
72.5 |
64.6 |
5.Май |
79.9 |
80.0 |
6.Июнь |
69.6 |
70.2 |
7.Июль |
56.4 |
56.9 |
8.Август |
60.1 |
60.1 |
9.Сентябрь |
60.8 |
61.3 |
10.Октябрь |
66.3 |
62.2 |
11.Ноябрь |
65.6 |
60.1 |
12.Декабрь |
66.0 |
57.6 |
б. Определяем радиационный баланс по формуле:
R = Фo[1 - (1 - k1)n] (1 - аp) - I(1 - k2n2) - 20,77·108(Тa + 273,2)3 (Ts - Ta), Вт/м2
, где Фo - суммарная солнечная радиация при безоблачном небе, Вт/м2;
аp - альбедо поверхности воды;
k1 и k2 - коэффициенты, зависящие от расположения водоема;
n - общая облачность (в долях единицы).
Получаем:
Месяц |
R, C |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
- 73.3 |
- 83.3 |
2.Февраль |
- 41.8 |
- 59.4 |
3.Март |
- 2.1 |
- 11.0 |
4.Апрель |
62.3 |
40.0 |
5.Май |
85.6 |
85.9 |
6.Июнь |
100.1 |
102.4 |
7.Июль |
100.4 |
102.4 |
8.Август |
51.8 |
51.8 |
9.Сентябрь |
- 0.1 |
1.3 |
10.Октябрь |
- 36.6 |
- 48.3 |
11.Ноябрь |
- 55.9 |
- 69.4 |
12.Декабрь |
- 61.5 |
- 79.7 |
4. Находим удельное тепло, отданное в процессе лучистого теплообмена, испарения и конвекции по формуле:
Qобщ = Qконв + Qисп - R, Вт/м2
Получаем:
Месяц |
Qобщ, Вт/м2 |
|
Данные мониторинга |
Справочные данные |
|
1.Январь |
179.9 |
250.0 |
2.Февраль |
134.5 |
227.5 |
3.Март |
100.3 |
162.8 |
4.Апрель |
25.2 |
117.7 |
5.Май |
93.1 |
112.3 |
6.Июнь |
128.6 |
130.8 |
7.Июль |
69.7 |
92.9 |
8.Август |
158.5 |
184.2 |
9.Сентябрь |
184.4 |
206.0 |
10.Октябрь |
161.3 |
230.3 |
11.Ноябрь |
155.9 |
221.9 |
12.Декабрь |
151.8 |
240.8 |