автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик и устойчивости высоконагруженных тепловых труб для перспективных систем аварийного расхолаживания реакторных установок

005003858

ильин

Вячеслав Алексеевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И УСТОЙЧИВОСТИ ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМ АВАРИЙНОГО РАСХОЛАЖИВАНИЯ РЕАКТОРНЫХ УСТАНОВОК.

Специальность 05.14.03 -«Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

- 8 ДЕК 2011

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2011 г.

005003858

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова» (ОАО «НПО ЦКТИ»),

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Валунов Борис Федорович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Готовский Михаил Абрамович

кандидат технических наук, доцент Агафонова Наталия Дмитриевна

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Санкт-Петербургский научно-исследовательский проектно-конструкторский институт «АТОМЭНЕРГОПРОЕКТ» (ОАО «СПбАЭП»), г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 23 декабря 2011 года в К) часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.023.01 при открытом акционерном обществе "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И.Ползунова" (ОАО "НПО ЦКТИ") по адресу: 191167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская, д. 3/6.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ОАО «НПО ЦКТИ».

Автореферат разослан "21" ноября 2011 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу Диссертационного Совета ОАО "НПО ЦКТИ": 191167, Санкт-Петербург, ул. Атаманская, д. 3/6 Факс:(812)717-4300 E-mail: general@ckti.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Общая характеристика работы

Произошедшая в марте 2011 г., соизмеримая с Чернобыльской трагедией, авария на АЭС «Фукусима-1» вновь подорвала позиции ядерной энергетики и вынудила правительство Германии - страны со значительной долей АЭС в общем объёме производства электроэнергии, отказаться в будущем от использования ядерной энергетики. Эта авария потребует новых эффектных доказательств безопасности АЭС, одним из основных аспектов которого является способность АЭС обеспечить отвод остаточных тепловыделений и непродолжительное расхолаживание реакторной установки пассивными средствами, то есть без использования внешних источников энергии. Это положение уже более 20 лет используется во всех российских проектах АЭС с водоохлаждаемыми реакторами.

Дополнительным требованием к российским проектам АЭС является наличие промежуточного контура между содержащим радиоактивный теплоноситель первым контуром и конечным поглотителем тепла. Обычно в качестве такого контура используется часть второго контура паропроизво-дящей установки — парогенератор (ПГ), отсекаемый от остальной части контура системой быстродействующих клапанов. К ПГ подключается отдельный контур естественной циркуляции (ЕЦ) с теплообменником конденсации пара. Название системы - система пассивного отвода тепла (СПОТ) через парогенераторы. В качестве конечного поглотителя тепла в проектах АЭП (Москва) используется воздух, окружающий АЭС, а в проектах СПбАЭП - выкипающая вода, запасённая в баках аварийного отвода тепла (БАОТ). Такие решения позволяют отказаться от отдельного проти-воаварийного промежуточного контура. Однако, включение в состав системы ПГ повышает примерно в два раза теплоёмкость системы и существенно увеличивает период расхолаживания реакторной установки (РУ). Кроме того, теплоотвод от РУ осуществляет СПОТ ПГ лишь при превышении давления теплоносителя первого контура над давлением во втором контуре, что нереально в течение первых 3-4 часов при аварии с разрывом главного трубопровода первого контура РУ проекта ВВЭР-1200.

Для устранения этих недостатков автором предлагается подключение СПОТ непосредственно к первому контуру, а в качестве промежуточного контура использовать тепловые трубы (ТТ) - систему параллельно включённых автономных элементов, способных передавать тепло на значительные расстояния (десятки метров) с малым термическим сопротивлением, не превышающим его значение для контура ЕЦ СПОТ ПГ при существенно меньшей теплоёмкости системы. Автономность каждой ТТ повышает надёжность работы состоящего из них теплообменника (ТО).

На рис. 1 приведены два варианта выполнения предлагаемой системы пассивного отвода тепла от реакторной установки (СПОТ РУ). Оба варианта включают контур ЕЦ, присоединяемый к горячей и холодной ниткам главного циркуляционного трубопровода. Этот контур ЕЦ также

включает промежуточную ёмкость, в которой расположены зоны нагрева (з.н.) ТТ, на внешней поверхности которых охлаждается теплоноситель первого контура. В режиме обесточивания этот контур ЕЦ работает в не-кипящем режиме с умеренным значениями интенсивности теплоотдачи в з.н. ТТ (а~2 кВт/м2°С). При некомпенсированных разрывах контур ЕЦ переходит в пароконденсатный режим работы с конденсацией пара в з.н. ТТ при а«6 кВт/м2оС. Резкое повышение значения а позволяет перейти при таких авариях не только к отводу остаточных тепловыделений, но и к быстрому расхолаживанию РУ. Это изменение а, возможно, позволит отказаться от двойных параллельно включенных отсечных клапанов разного сечения, установленных на опускной линии контура ЕЦ СПОТ ПГ. Откры-

В первом варианте (левая часть рис. 1) используются полые ТТ -термосифоны (ТС) (1), зона конденсации (з.к) (2) которых выводится в БАОТ (3), то есть за пределы защитной оболочки (4). По второму варианту (правая часть рис 1) используются ТТ (5), содержащие центральную циркуляционную вставку, образующую внутри ТТ контур ЕЦ и снимающую ограничение на мощность ТС при противотоке пара и воды в едином кана-

ле. З.к. ТТ расположена в баке с охлаждающей водой (6) который соединён с БАОТ отдельным контуром ЕЦ, включающим также трубопроводы (7).

СПОТ РУ изначально заполнена водой или борным раствором и включается в режим теплоотвода открытием отсечных клапанов (8). Соприкасающаяся с теплоносителем первого контура з.н. ТТ выполняется из нержавеющей стали, а з.к. из высоко теплопроводной углеродистой стали, обладающей к тому же высокой диффузионной прозрачностью для водорода, накапливающегося в верхней части ТТ в режиме ожидания.

Наряду с вертикальным расположением ТТ и ТС или отдельных их зон необходимо рассмотрение их наклонного положения. Для СПОТ РУ необходимо рассмотреть режимы его работы как при высоком давлении теплоносителя («10 МПа), так и при относительном вакууме (Р<0,1 МПа, абс.), позволяющем на конечных стадиях аварий с разуплотнением первого контура прекратить утечку из него радиоактивного теплоносителя.

Сохранение работоспособности СПОТ на проектный срок эксплуатации АЭС является обязательным требованием к этой системе.

Надёжность и эффективность длительной работы предлагаемых вариантов ТТ в широком диапазоне изменения давления в них требовало экспериментального обоснования на каналах натурных размеров. Эти требования и определили цель работы и её основные задачи:

- разработка новых или расширение диапазона применения нормативных соотношений для теплогидравлического расчёта ТС и ТТ со вставкой;

- обоснование сохранения теплогидравлических характеристик рассматриваемых элементов при длительном пребывании в режиме ожидания.

Актуальность выбранной темы обусловлена необходимостью обеспечения безопасности АЭС при всех возможных техногенных и природных катастрофах и их наложениях.

Методический подход, принятый в работе:

- эксперименты проведены на элементах ТО (ТС и ТТ с циркуляционной вставкой) натурных размеров и реальных параметрах теплоносителя;

- в экспериментах использованы современные средства измерения и регистрации параметров. Разработанные методики и измерительные системы фиксируют с требуемой точностью характеристики процессов.

- предложенные физические модели и замыкающие соотношения основаны на современных достижениях в области теплообмена и гидродинамики.

Автор защищает:

- предложение по СПОТ РУ с использованием в качестве промежуточного контура ТС или ТТ с циркуляционной вставкой;

- экспериментальные данные по:

- теплогидравлическим характеристикам и устойчивости контура ЕЦ тепловой трубы со вставкой, работающего при изменении степени заполнения и давления 0,02 - 8,5МПа, абс.;

- максимальной мощности наклонного ТС, работающего при высоких

давлении (р<11,5МПа) и удельных тепловых потоках в з.н. ^<366 кВт/м2);

- интенсивности аксиального переноса тепла по некипящей воде при её вскипании лишь в верхней части адиабатного участка (а.у.);

- изменению вакуума при 15 летней работе 20 ТС, выполненных при разной технологии их изготовления;

- рекомендации по расчёту:

- максимальной мощности наклонных ТС, при высоком давлении и высоких тепловых потоках на поверхности з.н.;

- истинного объёмного паросодержания (ср) в вертикальном канале в области умеренного вакуума;

- рекомендации по методам обработки внутренней поверхности ТС и составу добавок к заливаемой в него воде;

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена новая схема отвода тепла от первого контура через ТС и ТТ;

- экспериментально обоснованы:

- надёжность и эффективность работы ТС и ТТ в широком диапазоне изменения их мощности и давления пароводяной смеси, с определением параметров области устойчивой ЕЦ теплоносителя в ТТ со вставкой;

- высокий аксиальный теплоперенос по некипящей воде в з.н. и а.у. ТТ при вскипания воды лишь в верхней части а.у;

- усовершенствованы соотношения для расчёта критической мощности з.н. наклонного ТС;

- предложены соотношения по расчёту объёмного паросодержания (ф) в вертикальном канале в области умеренного вакуума;

- на основе 15 летних ресурсных испытаний обосновано сохранение вакуума в ТС и предложена оптимальная технология предварительной обработки внутренней поверхности ТС и пассивирующих добавок к воде.

Достоверность научных положений и выводов по работе основывается на экспериментальном исследовании натурных элементов при натурных параметрах с использованием современной измерительной техники. Предложенные замыкающие соотношения, в основном, базируются на результатах экспериментов, проведённых автором на ряде моделей и на опытных данных отечественных и зарубежных исследователей.

Практическая ценность: результаты работы рекомендуется использовать при разработке пассивных систем расхолаживания реакторных установок и охлаждения систем с радиоактивными или токсичными продуктами, так, они были использованы в реализованных проектах котлов-утилизаторов, разработанных в ООО "Техуглерод", г. Ярославль.

Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты экспериментальных и расчётных разработок, выполненных автором самостоятельно и совместно с сотрудниками лаб. №106 ОАО «НПО ЦКТИ». При этом автору принадлежит создание двух экспериментальных установок, проведение экспериментов на этих установках, анализ результатов

экспериментов и разработка предлагаемых физических моделей и соотношений. Автором последние 6 лет проводятся ресурсные испытания 20 ТС, проанализированы их результатов и даны перечисленные рекомендации.

Апробация результатов работы. Результаты работы представлялись на всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов XXXIV НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ 28.11-3.12.05, СПб; международных студенческих научных конференциях «Полярное сияние-2006» 30.01-4.02.06, «Полярное сияние-2007» 28.01-4.02.07, ГРОЦ, СПб; 5-ой международной Балтийской конференции по Теплообмену 1921.09.07, СПбГПУ, СПб; молодёжной научно-технической конференции "Эксперимент-2010" 19-20.05.10, ОАО "ОКБМ-Африкантов", Нижний Новгород; Пятой российской национальной конференции по теплообмену, 25-29.10.10, МЭИ(ТУ), Москва; Международном молодежном научном форуме "Ядерное будущее", 25-27.04.11, УМЦ "Голицино", Москва; НТС ОАО "НПО ЦКТИ" 28.10.11, СПб.

Публикации. Результаты диссертации изложены в 10 печатных работах, включая 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 110 страниц основного текста (введение, 6 глав с выводами, заключение по работе), 34 рисунка, 9 таблиц. Список литературных источников содержит 60 наименование (без трудов автора). Общий объем диссертации 149 страниц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы её цели, приведён перечень результатов работы, вынесенных на защиту, обоснованы их научная новизна и достоверность.

В первой главе изложены принципы построения СПОТ. Приводятся требования к системам, описаны варианты их построения. Существует более 20 проектов РУ, использующих СПОТ, отличающихся:

- по подключению системы: к первому контуру - одноконтурные установки типа BWR: проекты ABWR-II, AHWR, ESBWR, RMWR, SBWR, SWR 1000; двухконтурные PWR: проекты АРбОО(ЮОО) и интегральная CAREM; ко второму контуру: большинство установок типа PWR (Российские ВВЭР (640; 1000/В392, 1200), ВБЭР-ЗОО(бОО), КЛТ-40С и зарубежные APWR+, интегральные IMR, IRIS, SMART. Достоинства и недостатки каждой из этих схем приведены во введении;

- по виду конечного поглотителя тепла: охлаждаемые воздухом при его естественной тяге (ВВЭР-1000/В392, ВВЭР-1200(НВАЭС-2)) или выкипающей водой атмосферного давления, запасённой в БАОТ: ВВЭР-640, ВВЭР-1200(ЛАЭС-2), или комбинированные (SCOR и IMR). Первые, несмотря на неограниченное время автономной работы, имеют на два порядка более низкий коэффициент теплопередачи по сравнению с водоохлаж-даемыми. Недостатком водоохлаждаемой системы является ограничение времени её автономной работы (12-36 часов). В комбинированной схеме

проекта БССЖ параллельно включены 4 петли ТО с водяным охлаждением и 12 - с воздушным. В проекте 1МЯ имеется и-образная ёмкость, предварительно заполненная водой. Один из вертикальных «рукавов» ёмкости выше другого, и в нижней части его расположен ТО. После выкипания воды, оба «рукава» соединяются. Более высокий «рукав» над ТО образует тяговый участок контура ЕЦ воздуха. Данная идея ранее была защищена А.С. №1632245 за 1990 г. (НПО ЦКТИ-ЛПИ-МоАЭП);

- по расположению теплообменников: внутри или снаружи 30. Очевидно, что воздухоохлаждаемые ТО имеют наружное размещение. Внутреннее размещение водооохлаждаемых ТО избавляет от проходок трубопроводов через ЗО, но повышает давление в 30 при выпаривании воды и затрудняет наружную подпитку БАОТ водой.

Предлагаемая здесь СПОТ РУ входит по разным показателям в приведённый перечень СПОТ, обладая, помимо, автономности каждой из ТТ, следующими преимуществами:

- выполнение з.к. из углеродистой стали существенно повышает коэффициент теплопередачи в этой зоне (К3]С). Тоже происходит при переходе от плёночной конденсации к теплоотдаче от потока пароводяной смеси;

- при параллельной работе конденсационных труб ТО сложно обеспечить их гидравлическую идентичность (в первую очередь из-за коллекторных эффектов), что также значительно снижает среднее по ТО значение Кзк. Это положение было получено с участием автора при испытаниях крупномасштабных моделей СПОТ установок ВВЭР1200 и КЛТ40С.

В главе 2 приведено описание экспериментальных установок, а также методики измерений. Использовались установки для исследования теп-логидравлических процессов: в наклонном ТС (уст. 1) и в ТТ с циркуляционной вставкой (уст. 2), и для ресурсных испытаний термосифонов (уст. 3).

Первая установка (рис. 2) включала в себя горизонтальный коллектор (7) диаметром 426x9 мм, через который насквозь (по диаметру) проходил верхний участок ТС (5). Общая длина ТС - 2,55 м, диаметр 45x5 мм. Нижняя часть длиною 1,01 м выполнена из Стали 12Х18Н10Т, а остальная часть - из Стали 20. Верхний конец ТС выведен за пределы коллектора. Оба донышка имеют сверления с приваренными вентилями для дегазации ТС (8) и его водяного заполнения и опорожнения(1).

ТС функционально состоял из расположенной между электрическими клеммами (3) з.н. (4) длиною 0.8 м, а.у. (5) длиною 1 ми з.к. (14), расположенной в коллекторе (7) и охлаждаемой кипящей водой, находящейся в нём. Коллектор включён в контур ЕЦ, в который также входили подъёмный (9) и опускной (12) участки. В верхней части последнего расположен конденсатор (13), охлаждаемый водопроводной водой, а в нижней части -параллельно включённые вентили (10 и 11) для регулирования уровня конденсата в конденсаторе, т.е. давления пароводяной смеси в контуре ЕЦ.

Рис.2. Схема установки с моделью наклонного ТС. На рис. 2 также представлена схема расположения датчиков измерения: Ртс - давление в верхнем сечении ТС; температура наружной поверхности трубы в: з.н. ^„-Из,,; 11В-К5В; а.у. 16н-Н7н; 19в; з.к. 18н и ^ов, соответственно,

по нижней (н) и верхней (в) образующим трубы; Р2, 1:п - соответственно, давление и температура пара на выходе из коллектора (7); ^ -температура конденсата на входе в него; Тохл вх, Тюшвых - температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор (13) и на выходе из него.

Вторая установка (рис. 3) - вертикальная ТТ: ё = 50x1,5 мм; Ь= 5.4 м с концентричной вставкой (труба - (1=28x1,5 мм; Ь=5,0 м), образующей опускную ветвь контура ЕЦ. Зазор между донышками наружной трубы и торцами внутренней вставки составлял 0,2 м. Подъёмная ветвь контура ЕЦ располагалась в кольцевом зазоре и функционально, как и в первой установке, состояла из з.н. (Ь=2,96 м)), а.у. и з.к. (6), которая имела по высоте три участка высотой 0,34-0,39 м. Охлаждающая вода подавалась либо во все три участка, либо в часть из них. В зависимости от количества и расположения охлаждаемых отрезков з.к высота а.у. изменялась от 1,1 м до 1,93 м. Во фланцевом разъеме (4) наружной трубы устанавливались

Рис 3. Схема ТТ с циркуляционной вставкой.

элементы крепления внутренней трубы. В районе этого разъёма во внутреннюю трубу вваривалась расходомерная дроссельная шайба (5). Все элементы установки выполнены из Стали 12Х18Н10Т.

На рис. 3 также представлено расположение датчиков измерения: Рверх- давление в верхнем сечении модели; Др0|- перепад давления на шайбе (5); t,+t9 - температура теплоносителя; p0XJI, G0XJI, /™л - соответственно, давление, расход и температуры охлаждающей воды; Apt - перепады давления по всей высоте модели и её отдельных отрезков. На обеих моделях также измерялась электрическая мощность, подводимая к з.н. (N3H). Теплоносителем в обеих установках являлся конденсат от ТЭЦ ЦКТИ.

Давления и перепады давления измерялись электронными датчиками «Метран-100» (класс 0,1). С учётом погрешности элементов измерительной цепи среднеквадратичная относительная погрешность (СКОП) этих измерений составила 0,245-10"2. Температура среды измерялась кабельными термопарами КТМС ХА, горячие спаи которых введены в поток теплоносителя. С учётом дополнительных градуировок в состоянии насыщения при фиксируемом давлении абсолютная погрешность определения этих температур не превышали +1 °С.

Первичные измерительные датчики подключались к многоканальным АЦП производства ICPDAS различных модификаций. Все АЦП подключались к контроллеру 1-8831-80, данные от которого по сети Ethernet передавались на ПК уже в цифровом виде. Для приёма данных от контроллера на ПК устанавливался ОРС сервер NAPOPC, который позволял именовать и масштабировать каналы измерения. Визуальное отображение и автоматическая регистрация производилась в приложении, созданном в среде разработки LabVIEW для каждой установки в отдельности, с частотой 1Гц. Полученные данные записывались в файл эксперимента для последующей обработки.

На третьей установке, в течение более чем 15 лет, проводятся ресурсные испытания 20 натурных ТС (d=45x4 мм; L=4,92 м, V=5 л.). ТС изготовлены из Стали 20 (ТУ 14-3-190) при различных технологиях обработки их внутренней поверхности (отсутствие предварительной обработки; снятие прокатной окалины с внутренней поверхности труб и термическая её пассивация перегретым паром с температурой 550 - 565°С; помещение во внутрь ТС капсул с титановой стружкой (геттер) для химического связывания водорода, образующегося при коррозии или отсутствии геттера). В каждую из труб залито 2л конденсата (контрольная труба) или водного раствора с добавкой хроматов или фосфатов. Всего было использовано 8 вариантов обработки и заполнения ТС с установкой по каждому из вариантов 1-6 ТС (см. табл. 1). Перед герметизацией ТС прошли вакуумирование (до 94-95% вакуума), а после их запаивания - определение начального вакуума каждого ТС. ТС складывались в пучок под углом 8° к горизонтали.

Нижняя часть пучка длиною »1,5 м обматывалась нихромовой проволокой в электрической изоляции, обеспечивая электрообогрев пучка мощностью =1 кВт. Внешняя поверхность пучка теплоизолировалась. Для регулирования давления и в ТС изменялась неизолированная поверхность ТС.

В главе 3 описаны методические подходы к проведению экспериментов и обработке их результатов. Опыты проводились в стационарных условиях. СКОП определения расхода теплоносителя в контуре ЕЦ тепловой трубы 80=2,02-Ю"2; электрической мощности з.н. 5ЫЭЛ=1,41,10"2.

При проведении ресурсных испытаний ТС температура поверхности ТС поддерживались в диапазоне 250-270°С, что соответствовало давлению насыщения пароводяной смеси 4,0-5,5 МПа. С периодом 1-3 года ТС снимались с испытаний для определения в них текущего значения вакуума термическим методом (без разгерметизации ТС по началу появления пара над уровнем воды в нём) с погрешностью ДР=±1кПа.

В главе 4 приведены результаты исследования теплогидравлических характеристик в ТС, отклонённом от горизонтали на (3=(5; 10 или 12)°. Основная масса экспериментов проведена при Р=10°. Проведено 213 опытов в диапазоне изменения параметров (см. рис. 1): РТс=0,25-11,7 МПа (абс.); Р2=0,049-1,45 МПа (абс); ^н=1,55-32,2 кВт; удельные тепловые потоки на внутренней поверхности ТС язн=17,6-366 кВт/м2; цзк=33-687 кВт/м2. Определялись: условия ухудшения охлаждения з.н., минимально допустимая степень заполнения ТС, коэффициента теплоотдачи при конденсации пара.

При решении первой и второй взаимосвязанных задач определялись условия, при которых локальный перегрев верхней образующей з.н. ТС (более 15°С) гарантированно превышал погрешность его определения. Рассматривалось три вида ухудшения охлаждения з.н.: - недостаточное заполнение з.н. пароводяной смесью. Для вертикальных ТС с равномерным распределением плёнки конденсата по периметру трубы, такой вид ухудшения наблюдался лишь в нижней части з.н. при малой степени её заполнения (менее 10%). В наклонном ТС, из-за дополнительного азимутального стекания плёнки, может происходить перегрев поверхности ТС уже в верхней части з.н. В проведённых опытах этот вид перегрева имел место при начальном водяном заполнении ТС менее чем на 31-36%, что соответствовало неполному покрытию пароводяной смесью з.н. При этом, среднее по длине з.н. значение ср рассчитывалось по рекомендациям НПО ЦКТИ, в разработке которых принимал участие автор:

рабатывались по результатам экспериментов с иным ТС при меньшем угле

9 С0(1Г0+1Г;)+МГ

при С0=1+0,73созР; Д\У=и0[1+(у-1)5"1Р];

Приведённые соотношения раз-

его наклона Р=(1,5; 3 и 5)° и давлении р=0,18+1,67 МПа. Настоящая работа расширяет диапазон их применения.

Данный вид ухудшения наблюдался лишь при Р<10°, средней плотности потока плёнки конденсата на а.у. Ск/тгвс1=0,14-0,2 кг/м и характеризовался быстрым ростом показаний самой верхней термопары в з.н. 15в. - превышение критического значения мощности ТС при «захлёбывании» -гидродинамическом кризисе противоточных газожидкостных потоков, который определяет максимальный расход стекающей жидкости (в]) при данном расходе восходящего потока газа (пара, Ог). ТС нормально работают в условиях баланса между этими расходами (01=02). При превышении критического значения расхода пара 02кр (критической мощности канала Мкр=С21фг) этот баланс расходов нарушается, и конденсат скапливается в верхней части з.к. и захолаживается там относительно температуры насыщения, что фиксировали термопары 18„; 11()1!. В работе НПО ЦКТИ предложено соотношение для расчёта значения

-■ ВО025

ГР„р^<Т(р"ПР'-Р") [Р"] > (1)

при А=тш(0.05+1.8р[рад]; 0.525), (2) В настоящей работе кризис «захлёбывания» имел место лишь при Р=10° и характеризовался более высоким перегревом не верхней термопары, а расположенных ниже термопар ив, *зв- Вероятно, высокий скоростной напор парового потока на а.у. препятствовал азимутальному стеканию плёнки и её расход частично сохранялся по верхней образующей трубы и в верхней части з.н. При снижении мощности з.н. происходил быстрый возврат к нормальному охлаждению всей з.н. и рост до ^ показаний термопар 18„, ^ов, т.е стекание вниз конденсата, скопившегося в з.к._

р=10°

Рис 4. Зависимость N3,, =/(р). * - кризис захлёбывания» (перегрев з.н. более 15°С); -У' - опыт при дзн=363 кВт/м2; о - нормальное охлаждение з.н. (перегревменее 15°С); --расчёт по (1; 3).

На рис. 4 представлены данные как при наличии, так и при отсутствии ухудшения охлаждения з.н. при «захлёбывании» Отдельно выделен опыт, проведённый при язн=363 кВт/м2. Столь высокое значение я3„ получено впервые в опытах с «захлёбыванием», включая вертикальные каналы.

На рис. 4 также нанесена линия, рассчитанная по соотношению (3) которое обобщает настоящие опытные данные по значениям

А=шт (0,09+1,2Р; 0,525) (3)

По сравнению с (1 и 2) соотношения (1 и 3) дают более низкие значения ]Чкр и более поздний (при (3=20°) выход на автомодельность А=0,525. Это связано с менее резким ростом А=Г((3), чем предполагалось ранее, располагая данными лишь при Р=(1,5-5 и 90)°.

- сепарация пара при образовании у верхней образующей з.н. низко теплопроводной паровой прослойки, медленно поднимающейся вдоль этой образующей. Толщина этой прослойки увеличивается к верхнему сечению з.н., что вызывает монотонный рост перегрева поверхности по длине з.н. В работе НПО ЦКТИ этот вид ухудшения охлаждения наблюдался лишь при очень малых углах наклона ТС (Р<2°); и я<8,5 кВт/м2. Его возникновение связывалось с определенными значениями удельного теплового потока (цкр) и при обобщении данных по цкр использовался критерий С.С. Кутате-^ __У^р_

ладзе: Р~Р) ^ значение которого при р=(0,8-2)° определя-

лось соотношением:

Кк?=1.4-10-4(1+26,9Р), где р [рад] (4)

Здесь, как и при «захлёбывании», снижение мощности з.н. вызывало быстрое устранение перегрева её стенки. Однако, при «сепарации» показания «верхних» термопар 18„; 110в до и после снижения мощности з.н. соответствовали температуре насыщения. Этот вид ухудшения охлаждения имел место лишь при р=5° р= 1+7,9 МПа и qз„=150-260 кВт/м2, что существенно выше значений в предыдущей работе. При обобщении возникла необходимость дополнения соотношения (4) симплексом (р"/р')0,1, т.е.

К1ф=2,25-10-4(1+26,9Р)(р"/р')°'1 (5)

При р=12° во всех проведённых опытах (при N.„<32 кВт (цзн<3 63 кВт/м2) ухудшение охлаждения з.н. не фиксировалось.

В главе 4 также обобщены опытные данные по средней для з.к. теплоотдаче при конденсации пара (ак) на внутренней поверхности наклонного ТС. В предыдущих работах НПО ЦКТИ при давлении выше 2 МПа получено незначительное снижение ак при отсутствии вакуумирования ТС перед его герметизацией. Рассматривалась плёночная конденсация, т.е. уровень пароводяной смеси располагался ниже з.к.

На рис 5 представлены опытные данные по теплоотдаче при конденсации пара при Ртс =2,3-11,5 МПа, которые обобщаются с разбросом ±10%

соотношением:

„ а„ где Ми = — X

Ыи = 1.791Ц, 3| ^

(6)

; Яе» =-

зт/? + 0.345-соз/? с1

-, а Ке„_

ЙЛ

Рис. 5. Обобщение опытных данных по теплоотдаче при конденсации пара в наклонном ТС. 0; о; Л - без вакуумирования при Р=(5; 10 и 12) ° соответственно; • - р= 10° с вакуумированием;--расчет по (б)

На графике представлены результаты опытов как с предварительным вакуумированием ТС, так и при его отсутствии. Отличия между ними не имеется, что подтверждает приведённое выше положение. Относительные отклонения всего массива экспериментальных значений N113 от рассчитанных (Ыир) по (6), т.е. В=(Ыи3- 1Чир)/Мир составляют: максимальное | Вмакс | =0,0987; среднее алгебраическое Вср=^ =1,93-10":

п

стан-

дартное эмпирическое отклонение по выборке ап_х =

п-1

0,05.

В главе 5 рассмотрены результаты исследования теплогидравличе-ских характеристик и устойчивости ЕЦ тепловой трубы со вставкой при двух группах экспериментов - с низким рверх = 20-176 кПа (абс.) и высоким Рверх = 1,0-8,5 МПа (абс) давлением теплоносителя, характеризующим работу СПОТ РУ на конечной и начальной стадиях аварийного расхолаживания РУ. Рассматриваемые группы опытов существенно отличались проблемами, связанными с устойчивостью ЕЦ, неравновесностью потока воды вблизи температуры насыщения. Поэтому они рассматриваются отдельно.

В группе опытов с низким давлением охлаждалась лишь верхняя секция з.к., что увеличивало высоту а.у до 1,93м, повышало возможность

вскипания потока воды в его пределах и создавало более благоприятные условия для проявления отсутствия вскипания воды при 1В>1:Н2.

В зависимости от степени водяного заполнения модели и подводимой мощности к её з.н. реализовывались: барботажный режим, когда уровень пароводяной смеси располагался в пределах а.у. и контур ЕЦ не был замкнут; режимы устойчивой и пульсационной ЕЦ по замкнутому контуру.

Барботажные режимы, проведённые при заполнении модели водой ю=Ув/У£=0,61; рверх=24-72 кПа, абс. и <3ЗК=5,2-13,6 кВт, характеризовались:

- кольцевым режимом противоточного движения пара и воды в з.к. и в верхней части а.у. В з.н. имело место лишь неразвитое поверхностное кипение (ф = 0). Отсутствовало парообразование и в нижней половине а.у. Высота некипящего участка составляла 4-4,5 м;

- монотонным снижением температуры воды вверх по кольцевому каналу и ещё большим снижением недогрева воды до температуры насыщения в рассматриваемом сечении (Д^), = (Ч„-1в); от 6-13 К под з.н. (Чд) до 1-6 К в не-кипящей части а.у. ОНб). Приведённое предполагает положительное значение производной с1рв/с1г (направление оси 0-г вверх) и возникновение по высоте канала контуров естественной конвекции, вызывающие аксиальный перенос тепла, интенсивность которого описывается эмпирическими формулами для коэффициента конвективного переноса тепла (ек), предложенными НПО ЦКТИ в соотношении модели твердого тела:

Ракс=-Е,ДвРпрс11в/с1г=1-(Ка) (7)

при ек= 75011а0 25-(<1[м])0 67 (8)

где Ra=gd4(pPr/v2)вdtв/dz; Хв, ув, ^ - соответственно, теплопроводность [Вт/м-К], кинематическая вязкость [м2/с] и температура воды [°С]; рв и Ргв

- соответственно, коэффициент объёмного расширения [1/°С] и безразмерное число Прандтля для воды; Рпр - проходное сечение канала [м2]. Располагая результатами опытов по распределению температуры воды по высоте а.у. 12-16 и аксиальным тепловым потоком (0), передаваемым на рассматриваемом отрезке высотою Дг, используя соотношение (7), определялись значения ек и Яа. Полученные сочетания Яа—>£к сопоставлялись с результатами расчетов по (8). Экспериментальные значения £к = (1.45-8.5)106 соответствуют высокой величине эффективной теплопроводности >.Эф=^вЕк=2-5,7 МВт/м-К и превышают в 330-2580 раз результаты расчета по (8). Интенсификация увеличивалась со снижением недогрева воды до 1:„ и связывается со вскипанием воды в верхней части а.у., а также колебанием уровня воды в сообщающемся сосуде (циркуляционной вставке).

Настоящие эксперименты показывают возможность «некипящей работы» з.н. ТС значительной высоты при существенной величине аксиального теплового потока (3<13,6 кВт, если на а.у. имеется вскипание воды.

Режим устойчивой естественной циркуляции по замкнутому контуру. Условия эксперимента: ю=0,69-0,89; рверх=20-176 кПа (абс.), балансное паросодержание потока на входе в з.к. х" <6,5-Ю"3 и Q3K=6,1-15,6 кВт.

В экспериментах при со<0,7 с увеличением мощности Q3K происходил переход от барботажа пара, к ЕЦ по замкнутому контуру с:

- повышением заполнения водой з.к. (изменение срзк от 1.0 до » 0.5);

- переменой знака изменения температуры теплоносителя по высоте з.н. 5t3„=(tBepx-tH„3)3„=t6-t9 с отрицательного, при барботаже, когда 5t3„=-(7-14.5)K на положительный, при ЕЦ, когда 5t3H=(5-9)K.

Подъемное движение пристенной водяной пленки и парового ядра потока (кольцевой режим) происходило при превышении динамическим напором парового ядра критического значения, для определения которого

Q

при используется критерий С.С. Кутателадзе К2 =-, 2 .

FnpVga(p")2(p'-p") В рекомендациях К2 приводится или в виде конкретного значения К2=3,2 или в виде предложенного в СПбАЭП соотношения:

tf2=2,25(^)°-W25[l-0.1exp(-300(p2/Pl))]2 (9)

с диапазоном его применения: Bo=d1/g (р'-р")/ст=9-40; Р=0,1-8 МПа.

Для используемых здесь результатов расчёты по (9) дают К2=1,26-1,76. В проведённых опытах, как и в работе СПб АЭП, наблюдался существенный гистерезис в значении К2=1,3-1,9 (р=30-90кПа, абс), при переходе от барботажа с противоточным движением пара и конденсата к ЕЦ по замкнутому контуру и значении К2=0.4-0.55, при обратном переходе.

Кипение воды на а.у. начиналось при её перегреве относительно (t„)z, 8tnep=(tB-tH)z=l-2 К (р=30-80кПа, абс), хотя в экспериментах с моделью контура ЕЦ системы охлаждения вакуумной камеры ITER, одним из авторов которой является соискатель, доходила до 5tnep=10K при аналогичных значениях давления и числах Рейнольдсах потока [Re=(9-72)103]. Более низкое значение 5tnep в настоящей работе также связывается с возмущением потока при вскипании воды в верхней части а.у.

Расход ЕЦ соответствовал скорости циркуляции в кольцевом зазоре w0 = 0.2-0.5 м/с. Он также соответствовал расчётной величине при определении гидросопротивления пароводяного потока по рекомендациям РД 24.035.05-89, принятии перегрева воды на а.у. кольцевого зазора, равным 8tnep=2K, и определении объёмного паросодержания пароводяного потока (ф) по предложенным ниже соотношениям (10-16).

Практически во всех опытах наблюдалась устойчивая ЕЦ. Приведённое подтверждает предложение ЦКТИ-ОКБМ (А. С. № 1349559. 1987г) по устранению неустойчивости слабокипящего (х<0,02) контура ЕЦ при организации конденсации пара в верхней части подъёмной ветви контура.

Настоящие эксперименты расширяют нижний предел применения этого положения от 1,5 МПа до 0,02 МПа, абс.

- Пульсационные режимы ЕЦ имели место при N3H=3 кВт; со= 0,76. Последнее соответствовало неполному заполнению подъёмной ветви контура ЕЦ при отсутствии в нём паросодержания (ф). Пульсации имели период ~180с, и были связаны с переходом от разрыва контура ЕЦ к его восстановлению и обратно. Они характеризовались изменением: рверх= 22-29кПа, абс; wo=(-0,08) -Ю,21)м/с; фзк2=0-0,3; фзк3=0-0,1; t2 =(44-69)°С. При максимальном за период пульсации расходе теплоносителя з.н. покидала вода, существенно недогретая до t„, и отсутствовало её вскипания на а.у. ТТ переходила в режим застоя с постепенным прогревом воды в кольцевом зазоре и аксиальным переносе тепла по высоте зазора. Этот перенос вызывал вскипание воды непосредственно под её уровнем, подъём этого физического уровня до верхнего среза вставки и восстановление ЕЦ в «водопадном» режиме, т.е при уровне воды в циркуляционной вставке ниже её верхнего среза. Большую часть периода пульсаций занимал отрезок с отсутствием расхода по контуру ЕЦ. Подобные пульсации наблюдались в экспериментах НПО ЦКТИ с моделью контура ЕЦ реактора АСТ-500 при более высоком давлении (р= 1,5-4 МПа).

Истинное объёмное паросодержание при низком давлении пароводяной смеси в тепловой трубе. К обобщению привлечены 58 опытных значений ф=0.22-0,92, проведенных при рверх= 26-187 кПа (абс), wo=0.25-0.52 м/с; W0"=0,31-7,14м/с. Экспериментальные значения ф сопоставлялись со значениями, рассчитанными с использованием «модели потока дрейфа»:

W*

Ф = ——— (Ю)

C0Wc„+AW v J

где значения параметра распределения (С0) и скорости дрейфа (AW) в зависимости от режима течения рассчитывались по ряду рекомендаций. При Ф<0,6 использовались соотношения Светлова C.B. для пароводяного пото-

ка: С0= \,2-0,2f/p,, (11)

AW = 0,0047^1 .Ыр'-^ )rV°.^goo.s (12)

\Р") [р') '

где N^ = т--—ур-. Для более высоких значений ф использовался

\p'a4alg(p'~p")\

подход Ohkawa-Lahey, согласно которому значения С0 и AW уменьшаются с ростом ф по квадратичному закону, и при ф->1 имеют место С0—» 1 ; AW->0, что естественно для однофазного потока насыщенного пара. Исходя из этого положения, Светловым C.B. предложены соотношения для расчёта значений С0 и AW в формуле (10), с заменой их обозначения в этой формуле, соответственно, на C0i и AW, или AW2:

Со1=Со при ф<фкр; Со, = 1 + (С0-1){1-[(ф-фЬр)/(1-фкр)1!} при (р>фК-р,

ДW1=ДW при ф<фкр', ДW1=min(ДW; Д\У2) при ф>фкр, (14)

где С0 и Д\У рассчитываются, соответственно, по соотношениям (11; 12), а Д\У2 рассчитывается по соотношению:

ДW, = К- Во0

при К=0,804

фкр

1-

(ф-ф^р (1-Ф.р

Ыр'-р' Г

(Р'Г

= 0.576-1.5,р

(15)

(16)

Обобщение полученных опытных данных при ф=0,6-0,92 достигнуто при расчёте С0 и А\¥ соотношений (13-16), но при использовании в (15) более низких значений К=0,42 при ф=0,6-0,77 и К=0,21 при ф=0,77-0,92. Изменение, вероятно, связано со сменой режима течения на кольцевой. На рис. 6 сопоставлены расчетные (фр) и экспериментальные (фэ) значения. На рис. 6 пунктирными линиями представлены границы применения тех или иных соотношений. Абсолютные отклонения Дф=фэ-фр не превышали Аф=±0,03, что практически соответствует погрешности определения фэ.

Рис. 6. Сопоставление экспериментальных ((рэ) и расчётных (<рр) значений паросодержания на а.у. ТТ при низком давлении пароводяной смеси.

В опытах с высоким давлением охлаждались от одной до трёх секций з.к., что позволило достичь высоких значений мощности ТТ - до 133 кВт, превышающих в 1,9 раз критическую мощность ТС (Ыкр) такого же внутреннего диаметра 47мм при отсутствии вставки. При этом имелся десятикратный запас до критического значения хух для кризиса второго рода.

Опыты проведены при со=0,52-0,83, <3ЗК=21-133 кВт двумя сериями:

- при неизменном давлении рверх = 8-8,5 МПа, но с изменяющейся степенью заполнения со=0,71 —>0,52 при порционном сливе воды из ТТ (Лтв~0,2 кг) между опытами. Результаты представлены на рис. 7.

- при неизменной степени заполнения ТТ водой со=(0,63; 0,66 и 0,75). Эти значения со были оптимальными при охлаждении, соответственно, трёх, двух и одной секции з.к. для достижения максимальной мощности. Q3K =f(pBePx) при сохранении устойчивой ЕЦ. Опыты проводились при неизменном расходе охлаждающей воды, но с изменением давления в ТТ. На рис. 8 представлены результаты одной из этих серий опытов.

130 35 0,75

ш - 0,70

* ° 0,65 :1 »

° 0,60 t и

° ° "í 0,55 5 :

0,15 0,40

0,70 0,65

0,55 0,50

0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50

W Ul W

Рис. 7. Результаты опытов при рверх=8-8,5 МПа (абс.).

Р,ер,-МПа Ркр»,МПз

Рис. 8. Результаты опытов при охлаждении трёх секций з.к. и а>=0,63.

Анализ данных, представленных на рис. 7 и 8 показывает: при неизменном давлении со снижением величины со (до определенного предела) уменьшается водяная часть з.к., т.е. падает переохлаждение воды на выходе из з.к. (Д11,)"|"=1Н-С\увеличиваются расход теплоносителя в контуре ЕЦ (скорость циркуляции \\^0) и среднее значение коэффициента теплоотдачи в з.к. Эти изменения увеличивают мощность ТТ (С)зк). - при дальнейшем снижении величины со значение (А1,1)'ь,х достигает минимальной величины (Д1т1П) для полной конденсации пара и начинается снижение расхода в контуре ЕЦ и его пульсации. На рис 7 (рверх=8МПа) это происходит при со=0,52, а на рис. 8 (со=0,63) - при рверх <2 МПа. Граничная величина А1тт соответствовала рассчитанной по методике НПО ЦКТИ.

на рис. 8 при рверх=2-5,2 МПа значение практически не изменяется с изменением давления. Это связано с малым (на <13 %) изменением плот-

ности кипящей воды и малым изменением свободного объема, занятого паром (т.е. ср), т.е. малым изменением движущего напора контура ЕЦ.

Расход ЕЦ в группе опытов с высоким давлением соответствовал расчётной величине при применении тех же рекомендаций, что и для области низких давлений. Исключение - рассмотрение лишь равновесного состояния воды вблизи t„.

В главе 6 рассмотрены результаты ресурсных испытаний 20 термосифонов (ТС), проведённых в 1996-2011 гг. Описание их отличий приведено в главе 2. На 01.11.2011 г. продолжительность испытаний при температуре 250-270°С составила 125,3-132 тысячи часов.

Перед изложением результатов испытаний стоит отметить, что используемый материал труб и донышек ТС (Сталь 20) достаточно диффузионно прозрачен для водорода и, в соответствии с результатами ряда зарубежных исследований после (1-1,5)103 часов испытаний, устанавливается динамическое равновесие между массой водорода, выделившейся при коррозийных процессах внутри ТС и массой водорода, продиффундировавшей наружу через стенку ТС (при содержании водорода в паровой среде 0,6-1,2мг на 1м2 поверхности ТС). Для рассматриваемых ТС это содержание Н2 соответствует снижению вакуума в ТС на 0,13-0,26%, что ниже погрешности его определения 5Р=1%. Однако, условия проведения цитируемых исследований более мягкие: давление внутри ТС близко к атмосферному значению (t~l 00 °С), толщина стенки ТС 5=1-1,5 мм, а продолжительность испытаний не более 36 тысяч часов.

Изменение вакуума в ТС, находящихся на ресурсных испытаниях на 1.11.2011 г.

ТС, установленные 16.07.1997, прошли пассивацию перегретым паром 1=550-565 "С; остальные ТС предварительной термической или обработки не проходили. Таблица 1

1 s Вакуум % (ср. знач. для группы однотипных ТС)

Дата начала испытаний Кол-во ТС Наличие гетк па Водный режи Продолж. испыт. (тыс. ч.) Начало 5.1.1998 5.1.1999 5.1.2000 6.12.2000 8.01.2002 17.12.2002 16.02.2004 16.10.2005 6.03.2006 01.09.2010

16.07. 6 есть 125,3 95 96 97 97 97 97 96 96,5 96,5 96 95

1997 4 нет 96 97 97,5 97,5 97 97 97 97 98 97

5.02. 3 хроматный 129,2 94 94 95 95 94,5 95 94 94 95 95 94

1997 3 95 94.5 93,5 93 93,5 93 93 93 94 94 94,5

1 есть - 89 88 88 87 87 84 84 86 86 89

9.10. 1 фосфатный 132,0 - 91 90 89 89 90 89,5 90 90 90,5 90

1996 1 нет - 90,5 91,5 92 90 90,5 89 87 88 87 90

1 дистиллат - 89 89 89 88 88,5 88 88 89 90,5 88

В таблице 1 приведены экспериментальные данные по изменению за период испытаний среднего значения вакуума в каждой из групп ТС. Выявлено практически полное отсутствие изменения вакуума во всех группах

ТС за период испытаний, что должно соответствовать сохранению и теп-лопередающих характеристик ТС.

Подтверждается положение о высокой диффузионной прозрачности для водорода труб из стали 20 и длительном её сохранении при 1=250-270 °С, в связи с чем не требуется ввод геттера в паровой объём ТС. Отсутствует необходимость и предварительной обработки внутренней поверхности труб, изготовленных по ТУ 14-3-190. Эти трубы имеют плотную тёмную поверхность (Ре203) и не требуют её пассивации. Хотя ТС, заполненный лишь дистиллятом, не показал существенного падения вакуума, всё же рекомендуется добавка к нему хроматов. ТС, установленные на испытания в 1997 г. были взяты из партий 1700 ТС, изготовленных уже по отработанной технологии. Поэтому они имеют несколько более высокий вакуум по сравнению с ТС, изготовленными в 1996 г. в процессе поиска оптимальной технологии их производства.

Заключение

1. Предложена система отвода остаточных тепловыделений непосредственно от первого контура реакторной установки АЭС с водоохлаждаемы-ми реакторами. В предлагаемой системе в качестве промежуточного барьера между радиоактивным первым контуром и конечным поглотителем тепла используются тепловые трубы (ТТ): полые (термосифоны) или с концентрической внутренней вставкой, образующей опускную ветвь контура естественной циркуляции внутри ТТ.

2. На основе результатов теплогидравлических исследований, проведённых с обоими видами ТТ при проектных давлениях пароводяной смеси в широком диапазоне тепловых потоков, а также ресурсных испытаний 20 термосифонов (ТС) натурных размеров, проводимых в течение 15 лет:

- обоснована надёжность и эффективность работы обоих видов ТТ, включая режимы 80% вакуума внутри ТТ;

- предложены соотношения для теплогидравлического расчёта обоих видов ТТ, как нормативные с расширением диапазона их применения, так и впервые предложенные по результатам данной работы;

- обосновано сохранение практически на начальном уровне вакуума в ТС после 15 лет горячих испытаний (1=250-270 °С);

- предложены варианты оптимальной технологии изготовления ТС.

Публикации по теме диссертации:

1. Валунов Б.Ф., Белов А.А., Ильин В.А. и др. Теплогидравлические характеристики и парогазораспределение в наклонном термосифоне Теплоэнергетика, 2007, № 5, с. 39 - 43. (перечень ВАК)

2. Валунов Б.Ф., Белов А.А., Ильин В.А. и др. Теплогидравлические процессы в тепловой трубе с центральной циркуляционной вставкой при низком давлении. Теплофизика Высоких Температур (ТВТ) 2008, т. 46, с 1-8. (перечень ВАК)

3. Валунов Б.Ф., Щеглов A.A., Ильин В.А. и др. Метастабильность воды низкого давления в турбулентном потоке ТВТ, 2007, том45, №2, с.217-225. (перечень ВАК)

4. Валунов Б.Ф., Белов A.A., Ильин В.А., и др. Максимальная мощность и условия ухудшения охлаждения слабоотклонённого от горизонтали термосифона. Энергомашиностроение, 2006, № 2, с. 25-27

5. Валунов Б.Ф., Ильин В.А., Сайкова E.H. и др. Условия ухудшения охлаждения зоны нагрева слабоотклонённого от горизонтали термосифона Десятая. Международная молодёжная научная конференция «Полярное сияние - 2007. Ядерное будущее: безопасность, экономика и право»: Сборник тезисов докладов. М.: МИФИ, 2007, с.232-234

6. Balunov B.F., Ilyin V.A., Sajkova E.N., etc. Maximum heat power rate and conditions of deterioration of cooling in thermosyphons slightly tilted about the horizontal // Advances in Heat Transfer. Proceedings of the Baltic Heat Transfer Conference/September 19-21,2007, Saint-Petersburg, Russia, v. 1, p. 435 - 438.

7. Лычаков В.Д., Ильин B.A., Ляпин H.B., Соколов А.Н. Методика расчета высоких значений истинного объемного паросодержания в вертикальных трубах//Молодёжная научно-техническая конференция «Эксперимент-2010». ОКБМ, Н. Новгород сборник тезисов, 2010 г. с.5.

8. Ильин В.А., Ляпин Н.В., Лычаков В.Д. и др. Экспериментальное обоснование применения высокотеплонагруженных термосифонов в перспективных локализующих системах безопасности АЭС. Молодёжная научно-техническая конференция "Эксперимент-2010". Сб. тезисов, 2010 г. с.9.

9. Валунов Б.Ф., Щеглов A.A., Ильин В.А. и др. Истинное объёмное паро-содержание в вертикальных трубах при низком давлении пароводяного потока. Пятая российская национальная конференция по теплообмену. Том 5 «Двухфазные течения, дисперсные потоки и пористые среды», с 33-36.

10. Ильин В.А., Ляпин Н.В., Устинов А.Н., Лычаков В.Д. Экспериментальное обоснование применения тепловых труб с центральной циркуляционной вставкой в перспективных системах безопасности АЭС. Международный молодежный научный форум «Ядерное будущее». Сб. тезисов докладов, 2011 г., с. 131.

Сокращения.

БАОТ - бак аварийного отвода тепла; ЕЦ - естественная циркуляция; з.к -зона конденсации; з.н. -зона нагрева; а.у. - адиабатный участок; 30 -защитная оболочка; ПГ - парогенератор; РУ - реакторная установка; СКОП - средне квадратичная относительная погрешность; СПОТ ПГ -система пассивного отвода тепла через парогенератор; СПОТ РУ - система пассивного отвода тепла от реакторной установки; ТО - теплообменник; ТС - термосифон; TT - тепловая труба.

Подписано в печать «19» Ноября 2011г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 752

Типография «Восстания -1» 191036, Санкт-Петербург, Восстания, 1.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ ОТВОДА ОСТАТОЧНЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЙ ОТ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ С ВОДООХЛАЖДАЕМЫМ РЕАКТОРОМ.

Выводы по главе.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ИССЛЕДУЕМЫХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1 Описание экспериментальных установок и исследуемых моделей.

2.2. Методика измерений.

Выводы по главе.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

3.1. Методика проведения экспериментов.

3.2. Методика обработки экспериментальных данных.

Выводы по главе.

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОСИФОНОВ, СЛАБООТКЛОНЁННЫХ ОТ ГОРИЗОНТАЛИ.

4.1. Определение условий ухудшения охлаждения высоко теплонагруженной зоны нагрева наклонного термосифона. Определение минимально допустимой степени водяного заполнения ТС.

4.2. Определение коэффициента теплоотдачи при плёночной конденсации пара на внутренней поверхности наклонного ТС.

4.3 Определение необходимой степени вакуумирования ТС.

Выводы по главе.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ТЕПЛОВОЙ ТРУБЕ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ВСТАВКОЙ.

5.1. Группа опытов с низким давлением пароводяного теплоносителя.

5.2. Группа опытов со средним и высоким давлением теплоносителя.:.

Выводы по главе.

6. РЕЗУЛЬТАТЫ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ ТЕРМОСИФОНОВ.

Выводы по главе.

Произошедшая в марте 2011г., соизмеримая с Чернобыльской, трагедией авария на АЭС «Фукусима-1» вновь подорвала позиции ядерной энергетики и вынудила правительство Германии - страны со значительной долей АЭС в общем объёме электропроизводства, отказаться в будущем от использования ядерной энергетики. Эта авария потребует новых убедительных доказательств высокой безопасности АЭС, одним из основных аспектов которого является способность АЭС обеспечить отвод остаточных тепловыделений и непродолжительное расхолаживание реакторной установки пассивными средствами, т.е. без использования внешних источников энергии (электроэнергия и т.п.). Это положение уже более 20 лет используется во всех российских проектах АЭС с водоохлаждаемыми реакторами.

Дополнительным требованием к российским проектам АЭС является наличие промежуточного контура между содержащим радиоактивный теплоноситель первым контуром и конечным поглотителем тепла. Обычно в качестве такого контура используется часть второго контура паропроизводящей установки - парогенератор (ПГ), отсекаемый от остальной части контура системой быстродействующих клапанов. К ПГ подключается отдельный контур естественной циркуляции (ЕЦ) с теплообменником конденсации пара. Название системы - система пассивного отвода тепла через парогенераторы (СПОТ ПГ). В качестве конечного поглотителя тепла в проектах ОАО АЭП (Москва) используется воздух, окружающий АЭС, а в проектах СПб АЭП - выкипающая вода, запасённая в баках аварийного отвода тепла (БАОТ). Такие решения позволяют отказаться от отдельного противоаварийного промежуточного контура. Однако, включение в состав системы ПГ повышает примерно в два раза теплоёмкость системы и существенно увеличивает период расхолаживания реакторной установки (РУ). Кроме того, теплоотвод от РУ осуществляет СПОТ ПГ лишь при превышении давления теплоносителя первого контура над давлением во втором контуре, что нереально в течение первых 3-4 часов при аварии с разрывом главного трубопровода первого контура РУ проектов ВВЭР-1200 и ВВЭР-640.

Для устранения этих недостатков автором предлагается подключение СПОТ непосредственно к первому контуру, а в качестве промежуточного контура использовать тепловые трубы (ТТ) - систему параллельно включённых автономных элементов, способных передавать тепло на значительные расстояния (десятки метров) с малым термическим сопротивлением, не превышающим его значение для контура ЕЦ СПОТ ПГ при существенно меньшей теплоёмкости системы.

ТТ - герметизированные (обычно, сваркой) с обоих торцов трубы, частично заполненные теплоносителем. В настоящей работе рассматривается лишь водяное заполнение ТТ и работа их лишь за счёт гравитационных сил, т.е. с расположением зоны теплоотвода (конденсации, з.к.) выше зоны теплоподвода (нагрева, з.н.). Между ними может располагаться транспортный адиабатный участок (а.у.). Здесь рассматриваются два вида таких ТТ:

- полые ТТ (термосифоны, ТС);

- ТТ, содержащие внутреннюю концентрическую трубную вставку, позволяющую образовать внутри ТТ контур ЕЦ с опускным движением воды по этой вставке.

Автономность каждой ТТ повышает надёжность работы состоящего из них теплообменника (ТО). Так одностороннее нарушение герметичности ТТ не приводит к соединению основных теплообменивающихся сред (теплоносителя первого контура и конечного поглотителя тепла). Кроме того, разгерметизация небольшого процента от общего количества ТТ в теплообменнике, практически не отражается на его производительности.

На рис. В1 приведены два варианта выполнения предлагаемой системы пассивного отвода тепла непосредственно от реакторной установки (СПОТ РУ). Оба варианта включают контур ЕЦ, присоединяемый к горячей и холодной ниткам главного циркуляционного трубопровода первого контура РУ ВВЭР. Этот контур ЕЦ также включает промежуточную ёмкость, в которой расположены зоны нагрева ТТ, на внешней поверхности которых охлаждается теплоноситель первого контура. В режиме обесточивания этот контур ЕЦ работает в некипящем режиме с умеренным значениями интенсивности теплоотдачи в з.н. ТТ кВт/м2оС), рассчитываемой по рекомендациям для естественной конвекции. При некомпенсированных разрывах контур ЕЦ переходит в пароконденсатный режим работы с конденсацией пара первого контура на внешней поверхности з.н. ТТ при а«6 кВт/м2оС, рассчитываемой по рекомендациям для плёночной конденсации пара.

Резкое повышение значения а позволяет перейти при этих авариях не только к отводу остаточных тепловыделений, но и к быстрому расхолаживанию РУ. Это изменение а, возможно, позволит отказаться от двойных параллельно включенных отсечных клапанов разного сечения, установленных на опускной линии контура ЕЦ СПОТ ПГ. Открытие того или иного клапана зависит от приведённых выше видов аварии.

По первому варианту (левая часть рис. В1) используются термосифоны, з.к. которых выводится в баки аварийного отвода тепла (БАОТ), расположенные за пределы защитной оболочки. По второму варианту (правая часть рис В1) используются ТТ с циркуляционной вставкой, позволяющей образовать внутри ТТ контур ЕЦ и отказаться от ограничивающего мощность ТС противотока пара и воды в едином канале. З.к. ТТ расположена в баке с охлаждающей водой который соединён с БАОТ отдельным контуром ЕЦ атмосферного давления.

СПОТ РУ, начально, заполнена водой или борным раствором и включается в режим теплоотвода открытием запорных клапанов на подъёмной, а затем на опускной линиях. Соприкасающаяся с теплоносителем первого контура з.н. ТТ выполняется из нержавеющей стали, а з.к. из высоко теплопроводной углеродистой стали, обладающей к тому же высокой диффузионной прозрачностью для водорода, накапливающегося в верхней части ТТ в режиме длительного ожидания. на каналах натурных размеров при давлениях и тепловых потоках, характерных для работы систем безопасности АЭС на всех этапах аварийного расхолаживания РУ. Это и наметило основные задачи рассматриваемой работы;

- определение максимальной мощности вертикальных и наклонных ТС при высоких тепловых потоках в з.н.;

- определение теплогидравлических характеристик и устойчивости ЕЦ в ТТ с циркуляционной вставкой, работающих как при высоких давлениях, так и в области умеренного вакуума;

- разработка на базе результатов экспериментов замыкающих соотношений, описывающих интенсивность малоизученных процессов, характерных для работы рассматриваемой системы;

- оценка водородонакопления в ТС и ТТ при длительном контакте их стального корпуса с теплоносителем.

Методический подход, принятый в работе:

- эксперименты проведены с двумя ТС и одной ТТ с циркуляционной вставкой натурных размеров при натурных параметрах пароводяной смеси как высокого давления (р<11,5МПа), так и умеренного вакуума (до 80%);

- в экспериментах использованы современные средства измерения и регистрации измеряемых параметров. Разработанные методики и измерительные системы фиксируют с требуемой точностью количественные характеристики рассматриваемых процессов

- предложенные физические модели и замыкающие соотношения основаны на современных достижениях в области теплообмена и гидродинамики.

Автор защищает:

- предложение по СПОТ РУ с использованием в качестве промежуточного контура ТС или ТТ с циркуляционной вставкой;

- экспериментальные данные по:

- теплогидравлическим характеристикам и устойчивости контура ЕЦ тепловой трубы с циркуляционной вставкой, работающей при разной степени его водяного заполнения и изменении давления 0,02- 8,5 МПа, абс;

- максимальной мощности наклонного ТС, работающего при высоких давлении (р<11,5МПа) и удельных тепловых потоках на теплоотдающих поверхностях з.н. ^<366 кВт/м ) и з.к. ^<687 кВт/м );

- интенсивности аксиального переноса тепла по некипящей воде и максимальной степени переохлаждения, (метастабильности) турбулентного потока воды на а.у. при вскипании воды в его верхней части;

- динамике вакуума при 15 летней работы (125-130 тысяч часов) при повышенном давлении (р=4-5 МПа) пароводяной смеси внутри 20 ТС натурных размеров, выполненных при разной технологии обработки их внутренней поверхности и разных пассивирующих добавок к воде,

- рекомендации по расчёту:

- максимальной мощности наклонных ТС, при высоком давлении и высоких удельных тепловых потоках на поверхности з.н.;

- истинного объёмного паросодержания (ф) в вертикальном канале в области умеренного вакуума;

- рекомендации по методам предварительной обработки внутренней поверхности и состава добавок к воде в длительно работающем ТС.

Научная новизна работы состоит в,следующем:

- предложена новая схема отвода тепла от первого контура через ТС и ТТ;

- экспериментально обоснованы:

- надёжность и эффективность работы ТС и ТТ с циркуляционной вставкой в широком диапазоне изменения их мощности и давления пароводяной смеси. Определены параметры области устойчивой ЕЦ теплоносителя в ТТ со вставкой;

- высокий аксиальный теплоперенос по некипящей воде в з.н. и адиабатном участке (а.у.) ТТ при вскипания воды в верхней части а.у;

- усовершенствованы предложенные ранее с участием автора соотношения для определения критической мощности з.н. наклонного ТС при «захлёбывании» и сепарации пара у его верхней образующей;

- предложены соотношения по расчёту объёмного паросодержания (ср) в вертикальном канале в области умеренного вакуума;

- на основе 15 летних ресурсных испытаний обосновано сохранение вакуума в ТС и предложена оптимальная технология предварительной обработки внутренней поверхности ТС и пассивирующих добавок к воде.

Достоверность научных положений и выводов по работе основывается на экспериментальном исследовании натурных элементов при натурных параметрах с использованием современной измерительной техники. Предложенные замыкающие соотношения, в основном, базируются на результатах экспериментов, проведённых автором на ряде моделей и на опытных данных отечественных и зарубежных исследователей.

Практическая ценность и реализация результатов работы состоит в том, что предложенные замыкающие соотношения используются СПбАЭП в проектных проработках пассивных систем аварийного расхолаживания реакторной установки ВВЭР-1200 и охлаждения объёмов под ЗО. Результаты работы также используются в реализованных проектах котлов - утилизаторов, разработанных в ООО «Техуглерод», г. Ярославль.

Личный вклад автора. В диссертации представлены результаты экспериментальных и расчётных разработок, выполненных автором самостоятельно и совместно с сотрудниками лаборатории 106 «НПО ЦКТИ» При этом автору принадлежит создание двух экспериментальных установок, проведение экспериментов на этих установках, анализ результатов экспериментов и разработка предлагаемых физических моделей и соотношений. Автором последние 6 лет проводятся ресурсные испытания 20 ТС, проанализированы их результатов и даны перечисленные рекомендации

Апробация результатов работы. Результаты работы представлялись на всероссийской межвузовской научно-техническая конференция студентов и аспирантов XXXIV НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ 28.11.05-3.12.05, СПбГПУ, г. Санкт-Петербург; международных студенческих научных конференциях «Полярное сияние - 2006» 30.01.06-4.02.06, «Полярное сияние 2007» 28.01.074.02.07, ГРОЦ, г. Санкт-Петербург; 5-ой международной Балтийской конференции по Теплообмену 19.09.07-21.09.07, СПбГПУ, СПб; молодёжной научно-технической конференции "Эксперимент-2010"19.05.10-20.05.10, ОАО "ОКБМ-Африкантов", Нижний Новгород; пятой российской национальной конференции по теплообмену, 25.10.10-29.10.10, МЭИ(ТУ), Москва; Международный молодежный научный форум "Ядерное будущее", 25.04.1127.04.11, Москва; НТС ОАО "НПО ЦКТИ 14.11.11, СПб.

Публикации. Результаты диссертации изложены в 10 печатных работах, включая 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 110 страниц основного текста (введение, 6 глав с выводами, заключение по работе), 34 рисунка, 9 таблиц. Список литературных источников содержит 71 наименование (без трудов автора). Общий объем диссертации 149 страниц.

Выводы по главе

Рассмотрены результаты ресурсных испытаний 20 термосифонов , проведённых в 1996-2011 гг. Продолжительность испытаний при температуре 250-270°С составила 125,3-132 тысячи часов. Проанализированы также результаты более кратковременных испытаний (не более 1530 часов) 34 ТС, выполненных на более ранних стадиях при отработке технологии изготовления ТС.

На основе анализа результатов проведенных испытаний отмечается следующее:

- впервые в мировой практике проведены столь длительные стендовые испытания ТС. Уникальными являются натурные размеры ТТ (диаметр 45мм; длина 5м), повышенные температуры, имевшие место при испытаниях (250-270 °С), а также применение 15 разных сочетаний методов предварительной химической, механической и термической обработки внутренней поверхности ТС, а также состава водного раствора, заливаемого в ТС. Уникальным является и разработанный термический метод определения степени вакуумирования штатной ТТ без её разгерметизации.

- из 20 ТС, прошедших после изготовления контроль вакуума, все сохраняют высокий вакуум (87-97%) с его снижением по сравнению с начальным значением не более чем на 4% при среднем росте вакуума на 0,1% для всех 20 длительно испытываемых ТС. Изменение вакуума в ТС за период испытаний, в основном, находится в пределах погрешности определения величины вакуума используемыми методами;

- приведённые значения изменения вакуума ни в коей мере не сказывается на тепловых характеристиках ТС;

- преимущества дорогостоящих видов предварительной обработки внутренней поверхности ТС (механическое удаление прокатной окалины и её последующая пассивация перегретым паром), а также установка внутри ТС капсул с водородопоглощающим материалом (геттер) практически не сказываются на изменение вакуума в ТС при их длительных испытаниях.

- подтверждается положение о высокой диффузионной прозрачности для водорода труб из стали 20 и длительном её сохранении при 1;=250-270°С, В связи с чем не требуется ввод геттера в паровой объём ТС. Отсутствует необходимость и предварительной обработки внутренней поверхности труб, изготовленных по ТУ 14-3-190;

- хотя ТС, заполненный лишь дистиллятом, не показал существенного падения вакуума, всё же рекомендуется добавка к нему хроматов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложена система пассивного отвода остаточных тепловыделений (СПОТ) непосредственно от первого контура парогенерирующей установки АЭС с водоохлаждаемыми реакторами. В предлагаемой системе в качестве промежуточного барьера между радиоактивным теплоносителем первого контура и конечным поглотителем тепла (выкипающая вода атмосферного давления, запасённая в специальных баках аварийного отвода тепла) используются тепловые трубы (ТТ): полые (термосифоны) или с концентрической внутренней вставкой, образующей опускную ветвь контура естественной циркуляции внутри ТТ. Второй вариант более сложен по конструкции, но позволяет передавать существенно больший тепловой поток при сохранении диаметра ТТ. Предполагается работа системы как в некипящем режиме первого контура при авариях с прекращением электропитания собственных нужд АЭС и в кипящем режиме первого контура при некомпенсируемых разрывах в нём.

2. Предлагаемая система обладает:

- повышенной надёжностью в силу автономности каждой ТТ;

- существенно меньшей теплоёмкостью по сравнению с принятой сейчас в проектах АЭС системой пассивного отвода остаточных тепловыделений через парогенераторы;

- позволяет обеспечить непродолжительное расхолаживание первого контура при крупных некомпенсируемых разрывах в нём

3. Для обоснования надёжности и эффективности работы промежуточного контура предлагаемой системы и для разработки методики теплогидравлического расчёта этого контура созданы три экспериментальных установки с ТТ разной конструкции:

- слабоотклонённая от горизонтали полая ТТ - термосифон натурных размеров, работающая при высоких удельных тепловых потоках в зонах нагрева и конденсации;

- вертикальная ТТ с внутренней концентрической трубной вставкой, позволяющей организовать внутри ТТ контур ЕЦ и повысить её максимальную мощность по сравнению с термосифоном.

На приведённых двух установках проведены экспериментальные исследования теплогидравлических характеристик указанных ТТ в широком диапазоне давления пароводяного теплоносителя (0,02-11,7 МПа, абс) и высоких удельных тепловых потоках на внутренней поверхности зон нагрева ^<366 кВт/м2) и конденсации (д<687 кВт/м2);

- установка для ресурсных испытаний, включающая 20 термосифонов натурных размеров, при изготовлении которых использованы разные методики пассивации их внутренней поверхности, разные пассивирующие добавки к воде, частично заполняющей объём термосифонов, (ТС) разные степени начального вакуумирования ТС. Установка непрерывно находится в режиме высокотемпературных (250-270°С) испытаний в течение 15 лет (125,3-132 тысячи часов).

4. На основе обобщения результатов проведённого экспериментального исследования теплогидравлических характеристик наклонного термосифона и ТТ с циркуляционной вставкой:

- обоснована надёжность и эффективность работы обоих видов ТТ, включая режимы 80% вакуума внутри ТТ;

- определены условия нормального охлаждения з.н. наклонного ТС при пузырьковом кипении на его внутренней поверхности:

- нахождение всей з.н. ТС под физическим уровнем пароводяной смеси;

- не превышение мощностью з.н. значений, вызывающих кризис сепарации пара у верхней образующей ТС с образованием заметной паровой прослойки или кризис «захлёбывания» - гидродинамический кризис противоточных потоков пара и воды. Предложены соотношения для определения значений тепловых потоков, вызывающих эти кризисные явления;

- предложено соотношение для расчёта среднего значения коэффициента теплоотдачи при конденсации пара внутри заглушённого сверху наклонного канала;

- определено влияние степени вакуумирования ТС на интенсивность теплопереноса в его зоне конденсации. Для эффективной работы предлагаемого промежуточного контура СПОТ со снижением давления в РУ ниже атмосферного значения, необходимо 96 процентное предварительного вакуумирование ТС;

- продемонстрирована возможность «некипящей работы» зоны нагрева (з.н.) вертикального термосифона значительной высоты (Ь=3м) при весьма высоких значениях коэффициента эффективной аксиальной теплопроводности (Аэф < 5,7 МВт/м-К), если над этой «некипящей» з.н. расположен участок с барботажем пара, а на теплоотдающей поверхности з.н. имеет место даже неразвитое поверхностное кипение воды;

- продемонстрированы высокие циркуляционно-мощностные характеристики и устойчивая ЕЦ пароводяного теплоносителя в вертикальной ТТ с центральной циркуляционной вставкой при расположении зон нагрева и конденсации., соответственно, в нижней и верхней части концентрического кольцевого зазора, т.е. в подъёмной ветви контура ЕЦ. Приведённое справедливо и для области относительного вакуума (Рверх>22 кПа, абс);

- предложены соотношения, для расчёта истинного объёмного паросодержания (ср) в вертикальных концентрических кольцевых каналах, охватывающие область низких избыточных давлений и «умеренного вакуума» (р>22 кПа, абс.) практически для всего возможного диапазона значений ф=0,22-0,92.

5. впервые в мировой практике проведены 15 летние (125,3-132 тысячи часов) ресурсные испытания 20 термосифонов (ТС). Уникальными являются натурные размеры ТТ (диаметр 45мм; длина 5м), повышенные температура пароводяного теплоносителя в ТС (250-270 °С), а также применение разных сочетаний методов предварительной химической, механической и термической обработки внутренней поверхности ТС, а также состава водного раствора, заливаемого в ТС. Уникальным является и разработанный термический метод определения степени вакуумирования штатной ТТ без её разгерметизации. На основе анализа результатов проведенных испытаний отмечается следующее:

- из 20 ТС, прошедших после изготовления контроль вакуума, все сохраняют высокий вакуум (87-97%). Изменение вакуума в ТС за период испытаний, в основном, находится в пределах погрешности определения величины вакуума используемым методом (±1%). Столь незначительные изменения вакуума ни в коей мере не сказывается на тепловых характеристиках ТС;

- предложен оптимальный вариант технологии изготовления ТС: зона конденсации выполняется из труб (Сталь20), выполненных по ТУ 14-3-190. Эти трубы имеют плотную тёмную поверхность (Бе203) и не требуют её пассивации. Сталь 20 обладает повышенной диффузионной проницательностью для ворода и обеспечивает при низком водородосодержании (<0,3%) в паровом объёме ТС динамическое равновесие между массой водорода, выделившейся при коррозийных процессах внутри ТС и массой водорода, продиффундировавшей наружу через стенку ТС. Частичное заполнение ТС рекомендуется проводить дистиллятом с добавкой к нему хроматов: (К2СЮ4 ) -0,5г/л + аммиак (МН3) - 1мг/л.

1. Валунов Б.Ф. Теплогидравлические характеристики и парогазораспределение в наклонном термосифоне Теплоэнергетика/ Б.Ф. Балунов, А.А. Белов., В.А. Ильин и др.// Теплоэнергетика. 2007.- № 5. - С. 39-43.

2. Балунов Б.Ф. Теплогидравлические процессы в тепловой трубе с центральной циркуляционной вставкой при низком давлении / Б.Ф. Балунов,

3. A.А. Белов В.А. Ильин и др.// Теплофизика Высоких Температур (ТВТ). 2008. -Т. 46.-С. 1-8.

4. Балунов Б.Ф. Метастабильность воды низкого давления в турбулентном потоке / Б.Ф. Балунов, А.А. Щеглов, В.А. Ильин и др.// ТВТ. 2007. - Т. 45. -№2. -С. 217-225.

5. Публикации автора в иных изданиях

6. Балунов Б.Ф. Максимальная мощность и условия ухудшения охлаждения слабоотклонённого от горизонтали термосифона / Б.Ф. Балунов, А.А. Белов,

7. B.А. Ильин, и др.// Энергомашиностроение. 2006. - № 2. - С. 25-27.

8. Экспериментальное исследование в обоснование проекта термосифонов для ЭТА; изготовление 3 экз. термосифонов : отчет по этапу 2 договора № 90 -07/10 от 27.02.2007 / НПО ЦКТИ; рук. Валунов Б.Ф.; исполн.: P.A. Рыбин, В. А. Ильин и др. 2007. - 50 с.

9. Источники без участия автора

10. Система пассивного расхолаживания ядерного реактора: А. С. 163 2245/ Б.Ф. Валунов, А .Я. Благовещенский, М.М. Григорьев, П.Н. Пустыльник, P.A. Рыбин, Г.С. Таранов. 1990.

11. Способ эксплуатации слабокипящего ядерного реактора с естественной циркуляцией. А. С. № 1349559 /Н.С. Алферов, A.C. Бабыкин, Б.Ф. Валунов, B.C. Куульидр.- 1987.

12. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Safety of Nuclear Power Plants: Design, Requirements, No. NS-R-1, IAEA, Vienna (2000).

13. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Fundamental Safety Principles, IAEA Safety Standards, Safety Fundamentals, No. SF-1, IAEA, Vienna (2006).

14. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Status of Advanced Light Water Cooled Reactor Designs: 2004. IAEA-TECDOC-1391, Vienna (2004).

15. ARITA, S., et al., Safety Evaluation of Next Generation PWR (APWR+), Proc. of ICONE-IO, Arlington, Virginia, USA (2002).

16. COLLADO, J.M., Design of the reactor pressure vessel and internals of the IRIS integrated nuclear system, Advanced Nuclear Power Plants (Proc. Int. Congress Cordoba, Spain, 2003), ICAPP03- ISBN: 0-89448-675-6 (2003).

17. GAMBLE, R., ESBWR Technology Program: Test Program, NRC-GE Meeting, Rockville, Maryland, tJSA (2002).

18. GE Nuclear Energy, SBWR Standard Safety Analysis Report, 25A5113 Rev. A, August 1992.

19. INOUE, K., et al., Safety system design and Stand-alone Direct Heat Removal System (SDHS) for Integrated Modular Water Reactor (IMR), Proc. of ICAPP05, #5180, Seoul, Korea (2005).

20. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Status of Innovative Small and Medium Sized Reactor Designs: 2005. IAEA-TECDOC-1485, Vienna (2006)

21. IWAMURA, T., et al., Core and System Design of Reduced-Moderation Water Reactor with Passive Safety Features, Proc. of ICAPP '02-220 Int. Cong. On Advan. Nucl. Pow. Plants, Florida, USA (2002) (CD-ROM) 8page.

22. AKSAN, N., AND D'AURIA, F., Relevant Thermal Hydraulic Aspects of Advanced Reactor Design Status Report, OECD/NEA Report, NEA/CSNI/R(96)22, November 1996.

23. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Improving Economics and Safety of Water Cooled Reactors: Proven Means and New Approaches, IAEA-TECDQC-1290, Vienna (2002).

24. INTERNATIOAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Innovative small and medium sized reactors: Design features, safety approaches and R&D trends: Final report of a technical meeting held in Vienna, 7-11 June 2004, IAEA-TECDOC-1451, Vienna (2005).

25. TANAKA, Т., et al., Examination of Natural Circulation and Heat Removal by Steam Generator, Proc. of the 6th International Conference on Nuclear Thermal Hydraulics, Operation and Safety (NUTHOS-6),#N6P054, Nara, Japan,(2004).

26. The Analysis of CCFL Using Drift-Flux Model / K. Ohkawa, R.T. Lahey // Nucl. Eng. And Design. 1980. - V. 61. - № 2. - P. 245-255.

27. Экспериментальная отработка слабонаклонных тепловых труб: отчет 106504/0-85420/ НПО ЦКТИ; рук. Балунов Б.Ф. Спб.,1995. - 88 с.

28. Исследование теплогидравлических процессов в аварийных режимах реакторов ВПБЭР-600; АСТ-500 : отчет 106212/0-15263/ НПО ЦКТИ; рук. Балунов Б.Ф.; исполн.: Бабыкин А.С. Л.,1992 - 144 с.

29. РД 24.035.05-89. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС / НПО ЦКТИ. Л., 1991

30. Кириллов П.Л., Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы) / П.Л. Криллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков. М.: Энергоиздат, 1984. - 296 с.

31. Шишков М.М. Марочник сталей и сплавов : Справочник. Изд. 3-е дополненное/ М.М. Шишков. — Донецк: Юго-Восток, 2002. — 456 с.

32. Балунов Б.Ф., Динамика ухудшения теплообмена в каналах с заглушённым нижним входом / Б.Ф. Балунов, Е.Л. Смирнов, Ю.Н. Илюхин // Атомная энергия. 1985. - Т. 59, вып. 4. -С. 261-264.

33. Валунов Б. Ф. Необходимая степень заполнения и предельная мощность двухфазного термосифона / Б.Ф. Валунов, Д.Г. Говядко, Ю.Н. Илюхин, В.И. Киселев // "Теплоэнергетика". 1992. - № 8. - С. 57-61.

34. Бабыкин А.С Интенсивность конденсации пара в недогретой воде / A.C. Бабыкин, Б.Ф. Валунов , В.В. Вахрушев, Ю.Н. Илюхин, B.C. Кууль // Атомная энергия. 1988. - Т. 64, вып. 1. - С. 62-65.

35. Валунов Б.Ф. Критические тепловые потоки при отсутствии расхода теплоносителя в вертикальных парогенерирующих каналах / Б.Ф. Валунов, E.JI. Смирнов // Атомная энергия. 1981. - Т. 51, вып. 4 (октябрь). - С. 222-224.

36. Валунов Б.Ф., Кризис теплообмена в каналах с заглушённым торцом / Б.Ф. Валунов, Ю.Н. Илюхин, E.JI. Смирнов // Теплофизика высоких температур. 1987. - Т. 25. - № 1. - С. 116-124.

37. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидравлическое сопротивление : Справочное пособие / С.С. Кутателадзе. М., Энергоатомиздат, 1990.

38. Кректунов, О.П. Процессы конденсации и конденсаторы масложирового производства / О.П. Кректунов, A.C. Савус. СПб, 1998. - 496с.

39. Кутателадзе, С.С., Основы теории теплообмена / С.С. Кутатладзе. М.: Атомиздат. - 1976. - 416 с.

40. Валунов Б.Ф. Комплекс экспериментальных исследований для обоснования надежности охлаждения активной зоны интегральныхводоохлаждаемых реакторов при авариях с потерей теплоносителя : автореф. дис. док. техн. наук /АООТ НПО ЦКТИ СПб, 1997.

41. Безродный М. К. Теплообмен при конденсации в вертикальном замкнутом термосифоне / М.К. Безродный, В.Ф. Мокляк// ИЖФ, 1986. Т. 51, № 1.С. 9-16.

42. Проведение контрольных испытаний тепловых труб высокого давления и разработка рекомендаций по их заполнению. 106210 / Б.Ф. Балунов, A.A. Щеглов, A.C. Бабыкин и др. // НПО ЦКТИ, 2002. 23с.

43. Проведение контрольных испытаний и курирование проведения технологических операций по изготовлению тепловых труб высокого давления. 106230 / Б.Ф. Балунов, A.A. Щеглов, A.C. Бабыкин и др. // НПО ЦКТИ, 2003. -21 с.

44. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения / Г. Уоллис; пер. с англ. М.: Мир, 1972. - 440 с.

45. Гидродинамика и кризис теплообмена в тепловыделяющих сборках водоохлаждаемых реакторов при аварийной ситуации "Стоп-расход" : тех. справка 106701 / Б.Ф. Балунов, Ю.Н. Илюхин //НПО ЦКТИ. -Л., 1987. -71с

46. Экспериментальная отработка оптимальной технологии изготовления тепловых труб : отчет 106604/ Б.Ф. Балунов // НПО ЦКТИ. -СПб, 1998. -66с.

47. Лабунцов Д.А Паросодержание двухфазного адиабатного потока в вертикальных каналах / Д.А. Лабунцов, И.П. Корнюхин, Э.А. Захарова // Теплоэнергетика. -1968. № 4. - С. 62-67.

48. Белов A.A. Экспериментальное исследование теплогидравлических характеристик наклонных термосифонов для охлаждения объектов ядерной энергетики : дис. канд. техн. наук / ОАО НПО ЦКТИ. 2007. - 185с.

49. Остроумов Г.А. Свободная конвекция в условиях внутренней задачи / Г.А. Остроумов. М.-Л., ГИТТЛ, 1952.

50. Юрковский В.Б. Естественно-конвективный теплоперенос в вертикальных цилиндрических каналах: Автореферат дис. канд. техн. наук Л: 1983. - 25 с.

51. Валунов Б.Ф. Аксиальный перенос тепла в заглушённых сверху каналах с однофазным теплоносителем / Б.Ф. Валунов, Д.Г. Говядко, В.А. Прохоров, П.Н. Пустыльник // Теплоэнергетика. 1991. - № 9. С. 66.

52. Бабыкин A.C. Экспериментальное исследование теплогидравлических процессов и газораспределения в модели страховочного корпуса АСТ-500 / A.C. Бабыкин, Б.Ф Валунов, Т.С. Живицкая и др. // Атомная энергия. 1993. - Т. 74, вып. 2.-С. 108.

53. Провести тепловые испытания привода : отчет, 103607/0-12164/ A.B. Щедрин, В .А. Прохоров, С.В. Словцов // НПО ЦКТИ. Л., 1986. - 107 с.

54. Бабыкин A.C. Интенсивность конденсации пара в недогретой воде / A.C. Бабыкин, Б.Ф. Валунов, В.В. Вахрушев, Ю.Н. Илюхин, B.C. Кууль // Атомная энергия. 1988. -Т. 64, вып. 1. - С. 62-65.

55. Алексеев С.Б. Экспериментальные исследования гидродинамического кризиса противоточных потоков пара и воды в элементах оборудования АЭС : автореф. дис. канд. техн. наук / ОАО НПО ЦКТИ. СПб, 2011.

56. Хабенский В.В. Особенности использования модели дрейфа фаз в расчетных динамических реакторных программах / В.Б. Хабенский, Ю.А. Мигров, О.В. Токарь / ИФЖ. 1994. - Т. 67. - №3-4. - С.209.

57. Mishima К. Flow regime transition criteria for upward two-phase flow in vertical tubes / K. Mishima, M. Ishii // Int. J. Heat Mass Transfer. 1984. - Vol. 27. -№5. - P. 723-737.

58. Avdeev A.A. Heat Transfer In Bubble Lazers At High Pressures / A.A. Avdeev, B.F. Balunov, V.l. Kiselev // Experimental Thermal and Fluid Science. -. 1992.-V. 29, № 5. P. 482.

59. Бабыкин A.C. Теплопередача при подъемном движении пароводяной смеси вдоль охлаждаемой поверхности / A.C. Бабкин, Б.Ф. Валунов и др. // Атомная энергия. 1994. - Т. 76. - № 5. - С. 389.

60. Бабыкин A.C. Пульсационные характеристики контура естественной циркуляции крупномасштабной модели слабокипящего реактора / A.C.

61. Бабыкин, Б.Ф. Балунов, Т.С. Живицкая и др. // Атомная энергия. 1985. - Т. 58, вып. 4. - С. 237.

62. Балунов Б.Ф. Теплогидравлические характеристики конденсатора в контуре естественной циркуляции модульного тяжеловодного реактора МТР / Б.Ф. Балунов, Д.Г. Говядко, Т.С. Живицкая и др. // Атомная энергия. 1992. - Т. 72, вып. 2. - С. 136.

63. Chexal В. Void Fraction Technology for Design and Analysis / B. Chexal, B. Merilo, J. Maulbetsch, et all. // REPORT EPRITR- 106326. March 1997. USA.

64. Светлов C.B. Гидродинамические характеристики тепловыделяющих сборок водоохлаждаемого ядерного реактора при низких скоростях циркуляции теплоносителя: автореф. канд. дис. // АООТ НПО ЦКТИ. СПб, 1998. - 26с.

65. Мои Kai. Study on prolonging the life time of carbon steel-water heat pipe / Mou Kai, Wei Baoming ,Zhang Zhongxing // Труды международного форума по тепловым трубам. Минск, 1990.

66. Bricard A. Ricent advances in heat pipes for heat exchangers / A. Bricard // Труды международного форума по тепловым трубам. Минск, 1990.

67. Новотна И. Ресурсные испытания тепловых труб : сб. «Тепловые трубы и тепловые насосы АНК ИТМО им. Лыкова» / И. Новотна., И. Насслер, М. Зелко //АН БССР. Минск, 1991. - С. 90-97.