автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Апериодическая неустойчивость потока теплоносителя в обогреваемых каналах

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

4 Л ; * ' < ' ~"}

На правах рукописи

Аль-АФиФ Муфид

АПЕРИОДИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПОТОКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОБОГРЕВАЕМЫХ КАНАЛАХ

Специальность 05.14.14 тепловые и ядерные электростанции и энергоустановки (тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса-1997

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в Одесском Государстенном Политехническом Университете.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Герлига Владимир Антонович

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Хабенский Владимир Венцианович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сухов Андрей Константинович юзнд'.'о^т технических наук, ст.н. сотрудник Олесевич Евгений Кириллович

Ведущая организация:

Государственный научно-технический центр ядерной и.радиационной безопасности Минэкобезопасности Украины, г. Киев

Защита диссертации состоится "¿£/'_маа 1937 .г. в 1400 часов к» заседании специализированного ученого совета Л 05.06.02. при Одесском. Государстенном Политехническом Университете по адресу: Украина, Одесса, пр. Шевченко 1. ■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке дарственного Политехнического Университета. Автореферат разослан 'ЧХ' апгу;ля 1997 г. Ученый секретарь специализированного' ученого совета

Одесского Госу-

А. С. Мязуренко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ак-уцапъигк-уп-. хеш. Проблемы обеспечения тепло гидравлической устойчивости потока теплоносителя встречаются во всех областях техники, где имь>ет . место передача или преобразование тепловой энррг.ии посредством движущихся газовых, парожидкостных и жидкоме-талических теплоносителей.

Апериодическая неустойчивость потока теплоносителя, в обогреваемом канала проявляется в виде самопроизвольного "ухода" режим-чых параметров по апериодической траектории со стационарного режима при достижении границы устойчивости..

При этом в дальнейшем возможны три исхода: 1) устанавливается новый стационарный режим, при котором значения рабочих параметров не совпадают со гчачениямм их на прежнем, не возмущенном режиме: 2) с временем устанавливается автоколебательный режим: 3) --грешно канал (канал реактора, трубка котла, парогеш . |рупдая трубка других- теплообменных устройств и т.д.) разрушается ил за эксплута-ционной недоступности нового устаяовившгося рёулша (кризис- кипения. недопустимо высокая температура стенки.газового канала) или

>

иэ за недопустимых циклических температурных напряжений.

Для проектантов, расчетчиков и зксплутационников атомных реакторов и других теплообме! íijx устройств важйо знать физичео^ий иэ-

j

ханиэм апериодической неустойчивости качественное влияние различных параметров на границу апериодической устойчивости потока. В связи с этим, тема диссертационной, связанной с разработкой указанных вопросов является актуальной.

• Цель ы иссюшвашя. Целью диссертационной г«бот« яв-

ляется выявление Физической природы причин, вюьвашмх алориоди-ческую неустойчивость п различного рода грешил и n'sporntwwpv»-дих каналах, á такжо анализ влияния на границу • апериодической

неустойчивости различных геометрических и режимных параметров.

Для достижения этой цели были поставлены следующие, ранее не нашедшие решения, задачи:

- Применительно к апериодической неустойчивости провести классификацию тепловых и гидравлических граничных условий, которые позволяют сократить число типов апериодической неустойчивости и более эффективно выполнят качественный анализ влияния параметров потока на -раницу неустойчивости.

- GФормулировать системы трех характерных механизмов." которые могут приводить к образованию на гидравлической характеристики участка неоднозначности за счет: ID появления в обогреваемом канале участков с поверхностным и объемныц кипением С с небольшим весо-bum паросодержанием);

2) нал. лии в обогреваемом канале большого перегреваемого участка:

3) наличии в обогреваемом канале или на части обогреваемого канала опускного направления движения'теплоносителя. Определить Физические причины, приводящие к появлению участков неоднозначности на гидравлической характеристики при трех указанных механизмах и рассмотреть для каждого из них влияние конструктивных и режимш/о параметров на поведение граница апериодической неустойчивости потока.'

- Получить аналитическую зависимость для анализа слияния параметров на границу апериодической устойчивости потока при появлении на выходе из канала участка поверхностного или обгд'шого кипения и перегревательного участка.

- Провести, систематический анализ влияния местшм и распределенных гидравлических, сопротивлений - входного неяогрева. плотности теплозого потока, длины и эквивалентного диаметра канала, вида обогрева, составляющих перепад давлений и других параметров на границу апериодической неустойчивости. Установить наиболее диета • билизирушие факторы.

- Выполнить аналитическую оценку и установить критерий для определения граничь: устойчивости при наличии пере гр^ вате лы-ю го

у чисткс!.

- Произвести более полный, чем в других работая, анализ влияния параметров гр^шего и нагреваемого теплоносителя на образоьа-

. ние балластных зон на перегревательном и .неперегревательном учас-. тках.

- Выполнить систематический анализ влияния геометрических оа-уимных параметров на границу области устойчивости при опускной направлении движения теплоносителя.'

Матшшл цсслгдаьзшш состоит в расчетной и аналитической анализа гидравлических характеристик. обогреваемых каналов.

Наумиаа ншшааа исследования состоит в следушеы:

- в.выявлении причин существования на гидравлической характеристике обогреваемого канала участков с отрицательной производной перепада давления на канале по расходу теплоносителя, и соответственно, выявлении механизмов возникновения неустойчивости при наличии в канале участка с кипе!теп. участка перегрева пам лиго участка с опускным направлением движением:

- в получении аналитических зависимостей, для Определения гг>д-■ шшы устойчивости и для анализа влияния р*э>яшиш< и конотрухтип -пых параметров на уст '.чивость потока п£>и наличии в канале уч.'.с тка с кипением.' участка перегрева пара .либо участка с опускт.:^ направлением попрания:

- п системном анализе влияния пар^яотгов на нарактсри'гтпг'п леблннй типа - колебания перепада даллония.

. Пм!стич>..жла шшшезь исследования состоит о г*- -ульт.п.-« •' она липа Ьлияни'я ряхимных и конструктивных глраьйтгов абаграьл:им кл н'ллоп на границу устойчивости при различии* иехлипилк ы-лм^йг»! ния апериодической неустойчивости. кяторш тзглл-ил- «.■оигт'ул*™ пм»» и проекте» ггац еспяппать нйго.чзмэ прпмгти'.ни'; •¡р.п^сбекенн.'Кв.

!

Лшгтвррнппть обеспечивается использованием известных и апробированных уравнений движения теплоносителя (уравнения количества движения теплоносителя, уравнение энергии и уравнение неразрывности), использованием экспериментальным зависимостей для теплообмена и трения, проверенных автором диссертации, практическим внедрением. . .

Ыа яамыти яшнппятя:

•- установленные Автором механизмы развития апериодической неустойчивости, возникающей при различных граничных условиях:

- полученные результаты анализа влияния на границы апериодической устойчивости различных геометрических и режимных параметров обогреваемого канапа с учетом поверхностного й объемного кипе-

0 а

ния. с учетом участка перегрева? с учетом подъемного и опускного движек -лис учетом изменения перепава давлений на канале во время развития неустойчивости. •.

Нирпррикй. Результаты внедрену и используются в учебном процесса Одесского Политехнического'Университета при подготовке специалистов по эксплуатации АЭС, а также в Государственном научно-техническом центре ядерной и радиационной безопасности ■ Минэк.«-» безопасности Украины, подтвержденные актом внедрения.

Аппобапия оабшм. Основные результаты работы доложены и одобрены на научных семинарах кафедры рёакторов Севастопольского военно-морского института (1994 г.), на научном семинаре отдела интенсификации теплообмена 1ТГГО АН Украины (1994 г.), в НТЦ Минзкобезо-пасности Украины, а также на научном семинаре кааедры АЭС Одесского Политехнического Университета (1995 г.). • По теме диссертации опубликовано- 5 работ..

Стоуктугуз и объем дцггргстапии. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов. . список литературы (53 наименований). Объем работы 188 стр.*. в том числе 52 рис. В приложении • приведена акты внедрения результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Б шешй сдоес выполнен сбзор литературы. noce щенкиа «учению апериодической устойчивости в теплогидравлических остановках и излагается постановка задачи исследования..

Показано, что ь лгатря на существование значительного числа 1убликаций, посвященных изучение апериодической неустойчивости ютока теплоносителя в обогреваемых каналах, к настоящему времени ie продуманы механизмы, возникновения этой неустойчивости для )азличних каналов (каналы с поверхностным и объемным кипением, саналн с большим унастком перегрева, каналы с нисходящим движением i т.п.). Кроме того, не проанализировано и не обобщено влияние >азличных краевых условий, в которых работает канал, на механизм зазвития его Ht-устойчивости. I . рамками публикаций остался »сесторонний анклиз влияния конструктивных и режимных параметров ia -границы апериодической устойчивости для обогревания каналов, заботающий при различных граничных условиях и имеющих различные механизмы возникновения апериодической неустойчивости.

Указанные недоработки легли в основу задача-решению которых юевяаена данная диссертация.

■Во второй главе проводится анализ теп-оььгх и'гидравлических "раничных условий и обобщение основных понятий по механизму юэникновения и развития ■ апериодической неустойчивости. Для упрощения анализа неустойчивости теплоносителя рассматривается три •'Ибрлее хара. .ерные для., тепловой и атомной эиер1етики тиПы -раничных условий: ■апериодическая неустойчивость потока ь эдиночном канале', работающем при фиксированной перепаде давлений и юстоянной.температуре на входе (неустойчивость гидродинамически полированного канала); апериодическая неустойчивость потока &

системе параллельных каналов С межканальная неустойчивость), суммарный расход и ■ входная температура постоянны во времени, препад давлений на каналах изменяется во времени; апериодическая неустойчивость потока в контуре циркуляции (общеконтурная неустойчивость).

Второй■ тип граничных условий подразумевает, что рассматривается неустойчивость группы каналов, составляющих заметную часть от общего числа каналов в исследуемом теплообменном устройстве или рассматривается неустойчивость параллельно работающих неидентичных элементов или парогенераторов. При этом имеет место гидродинамическое взаимодействие устойчивых и неустг^чивых каналов, приводящее к распределение расходов в них и к изменению перепада давления на теплообменнике. Этот тип граничных условий используется . только при определении границы ' апериодической неустойчивости и обычно не пригоден для определения параметров потока при наступлении неустойчивости, т.к. возможно опрокидывание потока в. неустойчивых каналах и нарушение услов.Гд Тьх=соп51. • .

' В реальных условиях третий тип граничных условий проявляется: в случае, когда, общеконтурная неустойчивость предшествует межканальной неустойчивости- потока в многоканальном теплообменнике, когда. возмущение перепада давления в элементе С теплообменнике) с ' параллельными каналами при межканалькой неустойчивости соизмеримо с препадом давления в контуре циркуляции и оказывает влияние на изменение общеконтурного расхода , приводя к появлению общеконт,урной' неустойчивости.

Далее . рассматривается физическая картина развития неустойчивости в канале, имеющем неоднозначную гидравлическую

характеристику при постоянном' перепаде давлений на нем и для случая, когда перепад давлений на канале обеспечивается насосами различного типа, напорная характеристика которых не зависит от расхода.

Выводим усг^зие апериодической неустойчивости

обогреваемого канала, работающего в граничных условиях второго типа:

• . к =

сю • ' ас ' доа

где: ДР^ статическая гидравлическая характеристика

теплонапряженнсго канала с неоднозначной характеристикой; АР^' статическая гидравлическая хара теристика осредненного канала группы. устойчивых параллельных каналов, К - отношение изменения расходов теплоносителя в среднем устойчивом и неустойчивом каналах при заданном.суммарном расходе через систему параллельных каналов. Из анализа - полученного неравенства видно, что гидродинамическое влияние, пара'ллельных каналов друг на друга при прочих равных условиях приводит к повышение апериодической устойчивости по сравнение с изолированным каналом при постоянном перепаде давлений.

В третьей главе' рассматриваются механизмы возникновения апериодической неустойчивости и влияние параметров канала на границу уст1 .чивости в ' случае, когда . неоднозначность гидравлической'характеристики обусловлена появлением на выходе из обогреваемого канала участка с кипением.

•Для упрощенного случая записывается полная производная потерь давления на канале по расходу и подробно анализируется влияние

следующих факторов на стабильность потока.

влияние местных гидравлических сопротивлений, влияние давления, влияние недогрева теплоносителя на входе в канал, влияние плотности теплового потока, длины и эквивалентного диаметра канала, влияние распределения . и вида обогрева, влияние гравитационной составляющей перепада давлений и коэффициента проскальзк-ания пара, сМногие из полученных результатов указанного анализа являются не очевидными. Так, с одной стороны, увеличение недогрева теплоносителя на входе в канал при неизменном расходе и выходной энтальпии дестабилизирует поток. В другой стороны, увеличение .недогрева отепдлносителя 'при постоянных расходе и мощности влияет ухе не однозначно на стабильность потока: если первоначальная выходная энтальпия была меньше энтальпии максимума модуля производной С ' " стабилизирует и если больше -

дестабилизирует.

В четвертой главе рассматривается апериодическая неустойчивость в каналах с не-однозначнрй гидравлические характеристикой за счет наличия в нем перегревательного участка.

Показывается, что неоднозначный характер гидравлической характеристики определяется перепадом давления на трение по длине канала. Для выявления указанного, характера поведения распределенного по' длине канала сопротивления трения рассматриваются полученные расчетным путем (совместно с А. Козловым) графики изменения длин участков перегрева, кипения и экономайзерного (рис.1) и . графики изменения потерь давления на этих участках (рис, 2) в зависимости от изменения расхода рабочей среды. Из рисунков видно, что' для рассматриваемого примера нелинейный характер уменьшения длины перегревательного участка с

Изменение длин участков в канале при изменении расхода;

И.М'

50 -

25 -

0.2

0.4

0.6

О, кг/с

участок перегрева;

_ «р _ — . участок киленмл:

. экономайзернык участок; Рис. II

Изменение потерь давления на различных участках в зависимости от расхода;

АР, МНп

0,3 0,2 0,1 -

0,2 0,4 0,6

—-> - участок перегрей;

-^С, кг/с

.. — — - участок кмнгнил; * • ««« • ~ • зктпмайяррний учдг.то*

Рис. 2

ростом расхода, и квадратичное увеличение на .этом участке с ростом расхода теплоносителя перепада давления на единицу длины приводит в определенном диапазоне расходов к появление максимума на кривой изменения перепада давления на "ерегревательном участке и приводит к появлению участка неоднозначности на гидравлической характеристике.-

Рассматриваемый е- данной главе механизм отличается от рассмотренного ранее, который возникал при зарождении участка кипения на выходе из обогреваемого канала.

Поэтому и влияние параметров на апериодическую неустойчивость для этих двух механизмов ¿образовали области неоднозначности может несколько различатся. ______

Так, для рассматриваемого механизма возникновения неустойчивости увеличение давления может дестабилизировать прошсс, т. к. уменьшает долю перепада давления' на трение на испарительном участке в общем перепаде давления на канале за' счет сокращения длины испарительного участка из-за уменьшения теплоты испарения.

Подробно рассматриваются. причины того, что конвективный обогрев1 создает более неблагоприятные условия для возникновения апериодической неустойчивости, чем при электрической или радиационной. • •

Для случая, когда для греющего теплоносителя разность Тв -ТВЬ[Х невелика и большой перепад температур между греющим теплоносителем 'и-температурой насыщения нагреваемого теплоносителя получена приближенная оценка условия, при котором может иметь место область неоднозначности на гидравлической характеристике канала. Пренебрегая потерями давления на ускорение и гравитационную составляющую и ряде других второстепенны:-:

пьедполояениях из уравнения количества движения энергии

= • ■■ с- [^Ниоп + аНк- *аНиоп - *аНв„] (' С1)

откуда следует условие апериодической устойчивости —д^- > 0 }

аНк~ [¿а - » у)н„о:у- Ь аНвк >0, ' С 2)

здесь а = р''/р„„„ , р - средняя плотность на перегревательном 11еР пер

участке, у - общепринятая поправка на негомогенность двухфазного потока на испарительном участке, Арк - перепад давлений на канале.

Так как левая часть (2) имеет наименьшее значение, когда длина перегревательного участка приближается к нуло, то неравенство С2) окно записать в иде

а

(3)

что является условием ■ апериодической устойчивости в

г*

рассматриваемом случае; •

Для змее'виков у = 1 и С2) принимает вид

э • вх

Из условий апериодической устойчивости С43 видно, что увеличение входной энтальпии нагреваемого теплоносителя при сохранении всех дгугих параме*. приводят к увеличение левой части неравенства С4) и стабилизирует . поток,- Увеличение давления нагреваеиаго теплоносителя при сохранении величины подогрева . приводит х У'-'знь'¿'О.чиЪ лесса части неравенства С4) за счет уменьшения г :» дестабилизирует поток. Падение перепада давления трения ил перегревательном участке пссле иакстг/иа. обусловлено -ем. что а

этой области интенсивность уменьшения длины перегревательного участка превышает квадратичное увеличение расхода. Для равномерной плотности теплового потока из выражения (13 следует, что максимум потери давления от трения на черегревательнои участке достигается, когда длина перегревательного участка достигает 1/3 Нк. Фактически с этой длины перегревательного участка отсутствует избыточная поверхнос-ъ перегрев- и увеличение расхода приводит к .уменьшение температуры пара на выходе из канала.

Изменение коэффициента у (поправка на негомогенность двухфазного потока) в зависимости от массового расхода и давления нагреваемого теплоносРгеля в соответствии в условием (3) также может •'лиять. на апериодическую неустойчивость потока. При у > 1 для низких массовых ' расходов и низких давлений правая часть неравенства (3) уменьшается (стабилизация потока), а при у < 1 (большие массовые расходы и' большие давления) происходит дестабилизация потока.

Для случая, когда удельный • тепловой поток, сохран.Л постоянное значение ■ на экономайзернсм и испарительном участках, имеет различные величины, т.е. Ч^п^к > получено условие устойчивости в виде

г %к .

> 2 (5)

г -1 я

б вх исп

т.е. уменьшение отношения дестабилизирует поток.

В пятой Главе рассматривается влияние, параллельности каналов на способы регулирования параметров и на стабильность работы парогенераторов.

На основе полученных различий в условиях ■ возникновения

апериодической неустойчивости з циркулярном контуре с многоканальным парогенератором и в отдельном изолированном канале дается объяснение экспериментальным данным,. полученным в работе Белякова И. И. . Бреуса В. И. и Логинова Д. А. "Исследование гидравлической устойчивости парообразующих элементов при конвективном обогреве" САтомная энергия, 1988'г., т.65, еып.1, с.12-17). Испытывалась система двух параллельных модулей парогенераторов. Каждый модуль состоял из трех параллельных змеевиков, расположенных в общем кожухе. На первом этапе изучалась устойчивость работы одного модуля. В результате получена гидравлическая характеристика с падающим участком. _ Причем при расходах, соответствующих падающему участку не наблюдалось обцеконтурной, ни межканальной"неустойчивости.

Общеконтурная неустойчивость была исключена главным образом применением поршневого насоса .для подачи нагреваемой среды. Отсутствие иежканальной неустойчивости в змеевиках, работающих на падающей ветви гидравлической характеристики, является следствием того, что несмотря на идентичность параллельных змеевиков, их гидравлическая характеристика отличается с: гидравлической характеристики модуля," который состоит из этих змеевиков. Изменения расходов в змеевиках при постоянном общем расходе с. реемой среда через модуль вынуждены происходить в противофазе я при хоронэм перемешивании гревшего теплоносителя получаем, как указывалось санее, гидравлическую характеристику без падающего участка. Было замечено, что пр^ уменьшении общего расхода нихе уровня, соответствующего минимуму гидравлической характеристики

Р °

(ри < 1500кг/мс), отмечается значительная развертка расходов в модулях; расход в одном модуле находится на правой ветви, а

другого - на падающем участке. Устойчивая работа »того модуля обеспечивалась существованием второго параллельного модуля, т.к. величина модуля производной на ветви характеристики

больше величины модуля производной на неустойчивой вет-.

характеристики.

В отличие от колебательной неустойчивости экспериментальное изучение апериодической неустойчивости системы с большим числом параллельных улементом путем моделирования на теплофизическом стенде с -ъумя элементами является некорректным.

В парогенераторах в' перегревательным участком при снижении расхода нагреваемого • теплоносителя или снижении входной температуры . греющего теплоносителя часть перегревательной поверхности может оказаться выключенной из процесса теплообмена вследствие весьма малого температурного напора между греющим и нагреваемым теплоносителем на этом участке. Эту часть поверхности, расположенную на выходном или испарительно-экономайзерном участке парогенератора, Называют балластной' зо^ой; Теплопг эдающая поверхность а балластной зоне практически не участвует в процессе теплопередачи. (У^зованию балластной зоны на испарительно -экономайзерном участке. CG = const, Т = const) .способствуют

•. Вл- . , •

следующие факторы: ' снижение ' входной температуры греющего

теплоносителя; повышение -давления и соответственно температуры

насыщения нагреваемого теплоносителя; ума! тение расхода греющего

топлоносителя. В литературе найдено критическое отношение расходов

греюдэго и нагреваемого . теплоносителя (G/D)>cp. При

—> |—j балластная зона расположена .а перегревательной участке , D v D

при <- па испарктопьном. Пр&х гавленная картина балластных зон поэ^яяет вам далее рассмотреть связь образования этих зон и

перемещения их с апериодической неустойчивостью потока в

нагреваемой среде. При наличии балластной зоны на перегревательном

участке потери давления на нее определяют перепад давлений на.

парогенераторе. Если случайное отклонение параметров приводит к

отношению расходов меньше "-ритического Г- < Г-1 1,то

^ Б 1 Б кр-*

начинается перемещение балластной зоны. При этом происходит увеличение испарительного и экономайзерного участков за -счет образования на них балластной зоны и уменьшение перегревательного участка. ' 4 .

Изменение входной температуры греющего теплоносителя при заданном расходе также' оказывает существенное влияние на границу апериодической ■ устойчивости если на частичных уровнях мощносш избыточная поверхность парогенератора. •

Ялл стабилизации потока можно уве ичить входную температуру греющего теплоносителя. Уменьшение давления нагреваемого теплоносителя уменьшает температуру насыщения, увеличивает температурный напор между греющим и нагреваемым теплоносителем, а также повышает апериодическую устойчивость потока. •

Сокращение перегревательного участка уменьшает потери давления на парогенераторе й при заданном перепзде давления

увеличивает расход нагреваемой среды, т.е. появляется область

а • * .

многозначности гидравлической характеристики.

¡!з условия

энтальпия пэра на выходе из парогенератора.' взятой при :,!г:ературо входа греющего теплоносителя - энтальпия ,5 > ' нчсндеяия Нагреваемо^-» теплоносителя

[ ] ' ьхсди-з-' :^нтальп1'5 грёщего теплоносителя - энтальпия

"■" греки.-д"-' теплоносителя, взятой при температуре . .м нагреваемого теплоносителя

видно, что при перемещении балластной зоны на,

участок из-за сокращения

перегревательнсго участка нелинейным образом увеличг ээтся расход 'нагреваемого теплоносителя и уменьшается энтальпия на выходе из парогенератор^. При этом' 'для условий большой тепловой инерции отношение расходов может стать в динамическом режиме больше критического и начинается обратный процесс сокращения балластнсй зоны на испарительно-экономайзерном участке и процесс перемещения зон может носить периодический характер. Скорость перемещения балластных зон'будет зависеть от теплоинерционных характеристик греющего « нагреваемого теплоносителя, теплопередающей стенки.

Периодическое перемещение балластной зоны по поверхности нагрева может вызвать пульсации температуры поверхностей нагрева'с размахом, лежащим меж:' входной температурой греющего теплоносителя, а также к возможному выбросу пароводяной смеси в Выходной сборный коллектор.

На основании анализа опубликованных в технической литературе ¡экспериментальных данных в. диссертации выявлено вли.-шие различных ■режимных параметров на.границу устойчивости Однофазного пг ока при опускном н. давлении движения ташзнрсителя. На границы области апериодической устойчивости однофазного потока в канале при малых скоростях теплоносителя СК<100о; существенное влияние оказывают такие факторы; нарушение ламинарной устойчивости потока в канале при малых скоростях, опускного движения теплоносителя в нем;-■теплообмен канала.с верхней смесительной <амерой; распределение температуры теплоносителя в верхней я няхчей смесительных камерах с учетом стратифккационтйс эффектов. В диссертации рассмотрено отдельно влияние каждого из атих прощ 'оов.на устойчивость течения * в канале. .

& ё££3£&'£ЗШ дай подробный анализ теплогадравлической

неустойчивости особой природы, приводящей к возникновений в парогенерирующем канале периодических установившихся колебаний расхода теплоносителя перепада давления. В литературе стот вид. неустойчивости называется колебаниям! перепада давления. Характерными особенностями неустойчивости типа колебания перепада давления яеля'ется наличие сжимаемого объема на входе в обогреваемый канал ;« развитие колебаний в области неоднозначности гидравлической характеристики.

Неустойчивость ^ данного виг.а мотет возникать: в

теплофиэических ' стендах, где . сжимаемые объемы на входе в

экспериментальный участок часто используются в качестве

компенсатора обгем'а, для сглаживания колебаний давления (расхода!

о

создаваемого питательным насосам и для гидродинамической изоляции капала; в парогнераторах АЭС • с бризерным реактором в жилкометаллическим теплоносителем; в системах аварийного расхолаживания АЗС с ВВЭР и других системах.

В диссертации детально _изложен механизм возникновения и развития топлэглдравлической неустойчивости, на основании которого впервь'с; дается связь динамических характеристик системы с периодом и амплитудой колоба:»''- расхода.и давления.

Показано, что колебания входного расхода высокой частоты на с то нйгжочаототккх колебаний расхода и перепада давления, часто присутствующие в эксперименте,' являится следствием появления' теплсгадраьлкчрокой неустойчивости типа волн плотности при снижении'рас:-.ода теплоносителя до малых значений ь процессе цикла колебаний перепала пчелонил. Появление колебаний волн плотности на ■icк" iHxi: а-'ел >да дгг-.ленпл не является строго обязательным и

зависит от характеристик экспериментальной установки и в первух;

очередь от величины входного и выходного сопротивлен; . и давления в системе.

В диссертации впервые проанализирован характер поведения Предельного цикла при колебаниях перепада давления от режимных-параметров. На основе простой математической модели, которая для Нагл°-ности была преобразования' к уравнение Ван-дер-Поля, в диссертации выполнен системный анализ качественного влияния конструктивных и режимных параметров на характер, колебаний 'и границу устойчивости, который, полностью подтверждён имеющимися в литературе экспериментальными ' результатами. . Показано, что увеличение газового объема сжимаемой емкости, уменьшение давления в системе, увеличение градигнта наклона ветви гидравлической •

п системе, увеличение градиента • наклона ветви гидравлической характеристики в ■; области неоднозначности приводит к расхода и, перепада давления. При малых входных недогревах уменьшение величины входного недогрева приводит к уменьшению области неустойчивости олебаний перепада давления и стабиг,чзирует систему. Пр.. больших и умеренных входных недогревах. теплоносителя с увеличением входного 'недогрева с одной стороны несколько уменьшает область неустойчивости .потока, а с' другой стороны, ■ увеличиваются период я амплитуда .. колебаний расхода . и перепады давления. Таким образцом, ^существует, область входного • недогрева,. наиболее неблагоприятная д^я .устойчив ути потока. Влияние подводимой ыовшос^и к Каналу на границу устойчивости ррсявляется через деформацию., гидравлической характеристики. При этом устойчивость системы снижается с, увел, гением подводицой мощности, а период к- амплитуда колебаний расхода .и'. перепада- давления-уъе; /чиьавте*. '. • :

выводи

По выполненной диссертационной работе можно сделать следующие выводы.

1. Впервые применительно к апериодической неустойчивости приведена классификация - теплс\?нх и гидродинамических условий, которая позволяет более эффективно выполнять качественный анализ влияния параметров на- границу устойчивости.

2. Злервые сформулирована с общих позиций система трех характерных механизма, которые мо^ут приводить к образованию на гидравлической характеристике участков неоднозначности за'счет: 1) появления на выходе •' из обогреваемого канала ■ участков с поверхностным .и объемным С в небольшим весовым • паросодержание»') кипением; 2) наличие • б обогреваемом канале ■ большого пароперегреваемого участка; 3) наличие ч обогреваемом канале или 'на части обогреваемого канал?« спускного направления движения теплоносителя. Эти три участка .неоднозначности на гидравлической характеристике. могут ' существовать по отдельности ■ или перекрываться. ; .

3. Определен!! физические причины, приводящие к появлению участков- неоднозначности на гидравлической характеристике при трех' указанных механизмах появления апериодической неустойчивости и

''рассмотрено 'для каждого из них влияние конструктивных-.и режимных параметров на поведение границы апериодической устойчивости потока. ■

4. Получена простая анал'д'.ическая зависимость для анализа влияния параметсг- к<1 ггакнцу аполодической устойчивости потока при появлении На выходе из канала участка поверхностного или объемного С при небольших вйсовы:-: праросодержаниях) чипения -

Впервые проведен систематический анализ влияни. местных и распределенных сопротивлений,, входного' недогрева, плотности теплового потока, длины 'и эквивалентного диаметра канала, вида 'обогрева к других параметров на границу устойчивости и предложены оптимальные методы повышения устойчивости системы.

.- Показано, что наиболее сильное дестабилизирующее влияние выходного дросселирования наступает в районе значений равновесного паросодержания, рарн^/о нулю.

5. Впервые сформулирован физический механизм образования области неоднозначности ' на гидравлической характеристике при наличии пэрегреват&льного участка в обогреваемом канале.

Этот механизм апериодичее .ой неустойчивости существенно отли-. чается от механизма апериодической неустойчивости вызванной появлением на выходе обогреваемого канала участка с кипением и поэтому характер влияния параметров на границу устойчивости для этих двун механизмов неустойчивости шкот быть противоположным. Так например, при механизме обусловленном перегревателм.ым участком.лросселироЕа-нио на выходе из.канала может повышать устойчивость системы.

6. В диссертации впервые выпйлнен систематический анализ качественного влияния параме!ров на границу апериодической устойчивости для ' механизма,. обусловленного. наличием паропарегревательного. участка в канале.

7. 3 диссертации получена. простая политическая оценка и критерий для количественного определения границы апериодической устойчивости при наличии перегревательного участка.

8. Выявлены причин^ и механизм ухудшения апериодической неустойчивости потока при конвективном обогреве. Долучен критерий уст-йчивости, ■ позволяема' оценивать г^ляицу . устойчивости при

конвективном обогреве и анализировать влияние Параметров и системы регулирования на повышение устойчивости поток в таких системах.

9. Выполнен бол'>э полный, чем в других работах анализ влияния параметров третьего и нагреваемого теплоносителя на образование балластных зон. на перегревательном и испарителыго-Зкономайэерном участках. .Оценены условия возникновения неустойчивости, обусловленной балластными-зонами для условий работы реальных парогенераторов АЭС с натриевым греющим теплоносителем.

г

• 10. Выполнен систематический-анализ влияния геометрических и режимных параметров на границу области устойчивости при.спускном направлении движения теплоносителя.'

о'

Для указанных услови;- получены критерии, позволяющее выполнить качественный анализ влияния параметров ка • границу . устойчивости и получить количественную оценку для определения границы области апериодической устойчивости при . опускном направлении движения теплоносителя. .

11.Впервые выполнен' систематический анализ влияния конструктивных и режимных параметров на характеристики колебаний и границу устойчивости' при неустойчивости типа колебаний■перепада давлений. Рекомендованы оптимальные ■ способы повышения с устойчивости системы для данного типа неустойчивости. ■

ПУБЛИКАЦИИ НА'ТЕМУ ДНССЕРТАВДИ_ _ _ . ,

1. Аль-Афиф МуФид. О причинах апериодической неустойчивости в элементах энерга-,Гвеского оборудования. // Научные труды молодых ученых. Одесский Государственный Политехнический Университет. 1997 стр. 125-127. „ • ■

2. Аль-Афиф МуФ11Д. , Апериодическая неустойчивость при наличии

- ££. -

участка перегрева. // Научные труды молодик учены«. Одьсскип Политехнический Университет. 1997 стр. 127-130. с

3. Аль-АФиФ МуФид. Апериодическая устойчивость системы двух обогреваемых каналов. // Труды Одесского политехнического университе -та. 1997.

4. Аль-АФиФ МуФид, Хабеиский В.Б. Неоднозначность гидравлической характеристики при наличии перегревательного "участка. //Одесс. Политехи. Ун-т. Деп. ь ГНТБ Украины 23.05.1995., Per. 1248--Ук9!:>.--сил. 36с.

5. - Аль-АЬисн МуФид, Хабенский В. В." Неустойчивость ПГ' типа "Колебания перепада давления". //Одесс. Политехи. Ун-т. Деп. в ГНТБ Украины '¿3.05.1095.. Per. 124&-Ук35.-сил.?2с.

■ ■ SUMMARY

- Al-Afif Mufeed. Anperiodic • instability of a-flow of heat carrier in a warming up canals.•

The Thesis for the degree of candidate- of technical science in 05.14.1 * speciality - Heat ar 1 Nuclear Electric Power Stations ar.d Energy Plants .Cte. .nal part), Odessa' State Politechnic University, 1997.

Thff thesis contains tho ros?.ltr. of researches on anper Iodic Instability iri a warning up canals. There arc- shown mechanisms of orgins of ¿nperiodlc Instability. The- Hflucnco of regina and geocbthric data on t he - bo,"dor of their stable vork - in hedt exchange apparatus was revealed.

; • . АННОТАЦИИ, •• Аль-Афлф Муфид..' Апериодическая неустойчивость потока теплоносителя л обогреваемых каналах.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 - тепловые и ядерные электростанции и энергоустановки Ргепловая часть), Одесский Государственный Политехнический Университет, Одесса, 1997.

Диссертация содержит результаты исследований апериодической неустойчивости в обогреваемых каналах. . Вскрыты механизмы возникновения апериодической неустойчивости, выявлено влияние режимных и геометрических параметров' на границы их устойчивой

г •-аш1яш&

Алъ-АФ1Ф Мухф1д. Апер1одична нест1йк!сть потоку теплонос1я в

каналах, то об!го1ваються. Диссертац1я Су фпрн1 рукопису) на здо-

о

буття науксвого ступеня кандид.-олз техн1чних наук за спец1альн1стю 05.14.14. - Т?плов1 та атомн1 електростанш* та енергоустановки (теплова частина). Одеський Пэл1техн1чнии Ун1верснтет (УкраУна). 1997.' Захлшаютъся разроблен1 мех&иилми розвитку аперЮдичног нес-т1йкост1 в будь-яких теплообм1нниках та анализ впливу регя1мних и геометричних параметр!в на границ» апер1ояично? нест1йКост! прош-

Пз.щасанс к печати Ь.04.97. vjp:°ir 50x64/16.Бумага газетная. Печтгь ¡^сетная. уел.печ.л. 1,44 уч.-изд.л. Тирмс 100 экз. . Зяказ J? >£?

Од с е о к и.t государственный политехнический университет. '¿70044 ,С wccn, rip.Левченко, I.