автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Исследование распределения локальных теплогидравлических характеристик в продольно омываемом пучке стержней

ИАЦЮИАЛЫ1ИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАДИ "КИ1ВСЬКИЙ П0Л1ТЕХШЧНИЙ 1НСТИТУТ"

'/ Г Л г» Я

> ! О Ч. к

" " ; • , На правах рукопнсу

ДАЛ1ПАПЧ Владислав Адемович

УДК 621.039.534

Д0СЛ1ДЖЕННЯ Р03П0Д1ЛУ ЛОКАЛЬНИХ ТЕПЛ0Г1ДРАВЛ1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК У ПУЧК0В1 СТЕРЖНЮ. ЩО П03Д0В1НЫ) ОМИВАЮТЬСЯ

05.14.05 - Теоретична теплотехн1ка

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП на здобуття вченого ступеня кандидата техн!чних наук

Ки1в - 1995

Диоертац1ею е рукопис.

Робота виконана на кафедр1 атомних електростанц1й та 1нженерно1 теплоф1зики Мац1онального Техн1чного Ун1верситету УкраГни "Ки-1вський пол1техн!чний 1нститут".

Науков1 кер1вники: доктор техн!чних наук.

Орнатський А. П.

кандидат тсхн!чних наук, Масвський е. М.

0ф1ц1йн1 опоненты: доктор тохн!чних наук,

Донатов С. Д.

кандидат- техн1чних наук, Приходько М.А.

Ведуча орган1зац1я: 'Державний науково-техн1чний

центр ядерно! та радиц1йно! безпеки М1некобезпеки УкраГни

Захист дисертацП в1дбудеться " _27 » грудня 1995 р. 0 12 годин1 на зас1данн1 спец1ал1зовано! вчсно! ради Д 01.02.13 у На-ц!онапьному Техн1чному Ун1верситет1 Укра'хни "Ки!вський пол1тех н1чний 1нститут" за адресою 252056, м.Кихв, 56, пр-т Перемоги. 37. корпус 5, аудитор!я 406.

3 дисертац1ею можна ознайомитися у б!бл1отсц! Нац1онального Тех-н!чного Ун1верситету УкраХни "Ки!вський пол!техн1чний 1нститут"

Автореферат роз1сланий

1995 р.

Вчений секретар спец!-ал1зовано! вчено! ради

В. П. Рожал1н

Загальна характеристика роботи

Актуальн1сть теми. Одним 1з пр1оритетних напрямк!в у розвитку томно! енергетики УкраТни е п!двищення над!йност1 та беэпеки атомних пектричних станц!й. Р1шення ц!е! проблеми неможливо без розробки та своення сучасних розрахунково-анал!тичних метод1в i програм на ЕОМ, к1 дозволяють моделювати теплог1дравл1чн! процеси у ядерних реакто-ах. в першу чергу в уиовах псрех!дних та авар!йннх режим!в. 11айб1ль-ий прогрес на сьогодн! досягнуто у розвитку програм, цо заснован1 на этодах ком!ркового анал1зу.

Метод ком1ркового анал1зу дозволяв використовувати розбиття пере-1зу тепловид1ляючих зб1рок (ТВЗ) на ком1рки. у загальному випадку. эв!льно1 форми. Але у б!льшост1 анал!тичних, а також у вс!х експсри-знтальних досл!дженнях, традиц!йно розглядають ком1рки. в1дчинен1 ме-1 яких утворено в!др1зками умовних л1н1й максимальних дотичних нал-ут. Таке розбиття не дозволяс у достатн1й Mípl обраховувати ступ!нь 2р1вном1рност1 розпод1лу теплог1дравл1чних характеристик по перер!зу 33 i вносить суттев1 похибки при розрахунках величин критичних тепло-их поток1в. В той же час використання у розрахунках розбиття. ¡цо в!д-1знясться в!д традиц!иного, обмехено в!дсутн!стю над1йних експеримен-альних даких, на п!дстав1 яких можливо було б алробувати розрахунок рограм.

Нотою роботи е досл!д«ення розпод!лу теплог1дравл1чних характе-истик по перер!зу модел! ТЗЗ для двох р1эних тип1в розбиття И пере-Íзу на характеры! ком1рки та проведения алробацП програм теплог!д-авл1чного розрахунку реактор1в на баз1 отриманих експериментальних аних.

Методи цосл1ляення._У робот1 проводилось вим!рювання локальних

асових витрат i ентальп!й методом 1зок1нетичного в1дбирання проб, а акож ентальп1й поперечного потеку методом не1зок1нетичного в1дбирання роб. За результатакш досл1дження проводилась вериф!кац!я програм теп-ог1дравл!чного розрахунку реактор1в ПУЧОК БМДФ та COBRA TF.

Надмва^визнаи

1. Експериментально отримано розпод1л теплог1драсл!чних парамет-1в по перер!зу 7-и стержневого пучка для двох тип!в розбиття його на арактерн1 ком!рки. При першому тип! розбиття в!дчинен1 мек1 ком1рок гворювались в1др!зкаш л!н!й максимальних дотичних напруг. При друго-у тип1 розбиття в!дчинен! меж! коы!рок утворювались в1др!зками л!н1й аксимальних швидкостей. ДослАдженнн розпод1лу насових витрат та ен-альп!й для другого типу розбиття проведено вперие.

2. Отримано розпод!л теплог1дравл1чних параметр!в по п'р--.- чягзк

терним ком1ркам за допоыогою перерахунку даних для двох тип i в трьохкс м1ркового розбиття.

3. Описано Ф1зичну картину течП двофазного потоку у д1апазон середиьопучкових паровм!ст1в х < 0.2. Анал1з виявлено! картини теч1 дозволив пояснити виникнення кризи теплов1ддач1 на д1лянках гр!ючи поверхонь, що розташован1 у зон1 зазору м1ж перифер!йними стержнями.

4. Запропоновано ф1зичну модель течП двофазного потоку у пучко в1. в!дпов1дно як!й пучок моделюеться як "екв1вапентний к1льцевий ка нал з ексцентриситетом".'

5. Проведено вериф1кац1ю програм теплог1дравл!чного розрахунк ТВЗ та íx адаптац1ю до експериментальних даних для двох тип1в розбитт пучка на характерн! коы1рки.

Декларац1я особистого внеску. Особистим внеском дисертанта у роз робку наукових результат1в е вс! положения, що виносяться на захист.

У дисертацП захищаються:

1. Експериментальн! дан1 по розпод1лу масових витрат, ентальп1й т ентальпП поперечного потоку для двох тип1в розбиття пучка на ком1рки

2. Ф1зична картина течИ потоку, що запропонована на п!дстав анал1зу виявленого розпод!лу параметрiв i висновок про те, що найб1лы 1мов1рним м1сцем кризи у досл!дженому тип! пучка е поверхня, що розта шована у зон1 зазору пом!ж перифер1йними стержнями.

3. Запропонована ф1зична модель двофазного потоку, в!дпов1дн( як!й устанавлюеться аналог1я м1ж кризою теплов1ддач1 у пучков1 та ] "екв1валентному к!льцевому канал1 з ексцентриситетом".

4. РекомендацИ по удосконаленню програм теплог1дравл1чного роз рахунку ТВЗ. запропонован! за результатами íx вериф1кац11.

Практичне значения.

1. 0триман1 експершентальн! дан1 призначен! для проведения вери-ф1кац11 програм теплог1дравл!чного розрахунку реактор1в АБС. Викорис-тання нетрадиц1йного розбиття пучка на ком1рки дозволяе суттево розии-рити можливост! таких програм.

2. Бкспериментально п1дтверджено, що найб1льш 1мов1рним м!сце( кризи у пучках досл1дженого типу е поверхня перифер1йних стержн1в, щс спрям^вана у зазор пом!* перифер1йними стержнями.

3. Обгрунтовано використання при розрахунках величин кризови) теплових поток1в у пучках залежностей, що отриман! для к1льцевих кана-л1в з ексцентриситетом.

Реал1зац1я робота. Результата робота використан1 при проведем! вериф!кацП програм теплог1дравл1чного розрахунку реактор!в ПУЧОК БМ№ та COBRA TF.

- з -

Апробац1я робота. Матер1апи дисертацП допов1 дались на:

1). VIII Всесоюзной конференции "Двухфазный поток l. энергетических машинах и аппаратах" (г. Ленинград, 1990 г.);

2). Международной семинаре "Достижения и проблемы теплоэнергетики" (г. Киев. 1992 г.).

Публ1кацН. За матер! ал аш дисертацП опубл!ковано 3 друкован! прац!.

Структура та обсяг роботи. Зм1ст дисертац!йно! роботи складае вступ. чотири основн! роздили I заключения, що викладен1 на 76 стор1н-ках машинописного-тексту. Дисертац!я м!стить 59 ыалюнк!в. список л1те-ратури (87 найменувань) та 6 додатк1в.

3MICT РОБОТИ

У вступ! коротко обгрунтовано актуальн1сть роботи, а також викла-ден! основн1 науков! результати i положения, що виносяться на захист.

У першому роздМ наведено огляд роб1т, як1 присвячен! переважно експериментапьним досл!дженням розпод!лу теплог1дравл1чних параметр1в по перер1зу пучк1в та ком1рковим методам анал1зу цього розпод1лу.

На п1дстав1 огляду зроблен! сл!дуюч! висновки.

Bel експериментальн! досл1дження проведен! для одного типу роз-биття перер1зу пучка на характеры! ком!рки, в!дчинен! меж! яких утво-рювались в1др1зкаш л1н1й максимальних дотичних напру г. У пучках з суттевою нер!вном!рн!стю розпод1лу параметр!в по перер1зу у зазорах пом1ж перифер!йними стержнями створюються умови найб1льш сприятлив! до настання кризи теплов!ддач1. При цьому параметри потоку у зон1 зазору можуть суттево в!др!знятися вхд тих, що експериментально отриман! у ком1рках, як1 утворен1 описаним вище традиц!йним способом.

Використання nporpai.1 теплог1дравл1чного розрахунку пучк1в для нетрадиц!иного розбиття nepepisy каналу на характерн! ком!рки (наприк-лад, на випадок, коли вид1ляеться зона зазору м!ж перифер!йнши стержнями) обмежено двома основними причинами: по перше. в!дсутн! експери-ментальн1 дан!, що описують обм1н маси та енергП пом!ж такими комиками; по друге, BlflcyTHi експериментальн! дан! про розпод!л теплог!д-равл!чних параметров по перер1зу пучка, на п!дстав! яких можливо було б судити про достов1рн1сть результат1в розрахунку по програмам.

На п!дстав! анал1зу проведених роб!т були сформульован1 задач! цього досл!дження............

У другому розд1л! наведен!: методика проведения експерименту; опис експериментального стенду; конструкц1я експериментально! д1лянки; схема вим1рювань; опис напагодження роботи установки; методика обробки досл!дних даних; оц!нка похибки вим!ряних та розрахункових величин.

- 4 -

А-А

-струмо1золюючий фланець; 6 - верхн1|

фланець; 7 - н1»ня камера; 8- ссрхн: камера; 9- верхн!й струмоп1двод; 10- нижн!й струмоп1двод; 11- термопа ри; 12- пробов1дб1рник.

Експериментальна д!лянка являла собою семистержневий пучо! (мал.1) у шестиграному витискувач1 (1) э розм!ром "п1д ключ" - 23 мм. 40 р1вном1рно об1гр1ваеться по довжин1 та стержням. Пучок набирався 1г семи трубок (2) д1аметром 6 х 0,5 мм та довжиною 1 м. дистанц1юванш яких один в1д одного та в1д ст1нок витискувача зд1йснювалось за допо-могою шести ст!льникових дистанц!онуючих граток (3). Пучок та витиску-вач розм1щувались у зовн1иньому кожус1 (4), який через нижн1й струмо}-золюючий фланець (5) та верхн!й фланець (6) з'еднувався з нижнею (7) та верхньою (8) камерами. Шдведення потужност1 до д1лянки зд1йснюва-лось через верхн1й (9) та нижн1й (10) струмоп1дводи. У якост1 теплоно-с1я використовувалась х1м!чно знесолена вода. Всередин1 трубок на 10. ..15 мм вгору по потоку в1д к1нця д1лянки, чо об1гр1валась, вста-новлювапись термопари (11) для ф1ксування температури ст!нки трубок з метою захисту в!д перепалу. В ход1 експерименту методом 1зок1нетичного в1дбирання проб зд1йснювалось вим1рювання розпод1лу масових витрат рУ, та ентальп1й 1, по сс!м характерним ком1ркам пучка. Зам1ри проводились за допомогою рухомих проф1льованих пробов!дб1рник1в (12), внутр!шн1й перер1э яких ц1лком зб1гався з перер1зом ком1рок, в яких проводились зам1рювання..

Пучок розбивався на два типи характерних ком!рок (мал.2.): тип А ("традиц1йне розбиття") - в1дчинен! меж! ком1рок утворювались в!др1з-

Тип А Тип Б

нами л!н1й, що з'еднують центри стерян1в, та в1др1зками перпендикуля-р1в, що спущен! з центр1в стержн!в до поверхн1, що необ!гр1ваеться; тип Б Сцентрально-стерхневий") - в!дчинен1 мея! ком1рок утворювались в!др1зками л1н1й, з'еднуючих центри стер*н1в 1 центри ком1рок типу А.

Для розбиття типу А методом не!зок!нетичного в!дбирання проб проводились тако* зам!рювання ентапьпП поперечного потоку м1ж ком1рками 1А (центрально!) .та.2А (боково!).

Д1апазон обраних режимних параметр!в в!дпов1дав умовам прот!кання тяжких авар1й, як! супроводзуються зниженням тисну та витрати в!дносно 1х ном!нальних значень, та складав: 1 иск на виход1 з д!лянки Р - 8 та 10 МПа; середньопучкова «асова витрата - 300. ..1500 кг/(м2*с); в!д-носна ентальп1я на виход! - в1д -0,6 до 0,2; температура на вход1 у д1лянку - в1д глибоких недогр1в1в до Ц<, - 20) °С; (ч/рУ0х10~3 « 1.

У третьому розд!л1 наведен! результата експериментального досл1д-кення розпод1лу теплог1дравл1чних параметра по перер1эу пучка та ана-л1з отриманихрезультатов. "

На мал.3, а приведен! результата досл!дхення розпод1лу масових витрат 1 ентальп!й для розбиття типу А на приклад1 одного з рекнм!в у вигляд! безрозм1рних залежностей:

р*Г| / рИ - / (х) та х, - х - / (х). (1)

Тут 1 дап1 параметри без 1ндексу в!дносяться до середньопучкових значень. У облает! однофазно! теч11 сп1вв1дношення м1я параметрами у ко-м1рках збер1галось пост!кним аж до середньопучкового паровм1сту х < х„ к- ! добре описувалось в!домим р!внянням:

р», / pW - (с!, / а) 2/3.

Мал. 3. Результати досл1дження розпод1лу масових витрат 1 ентальп1й для розбиття типу А: а - отриман! у дан!й робот!, б - отриман! ран!ше в КП1; рШ - 750 кг/и^с), р - 6 МПа. Ком1рки: 1 - центральна (1А), 2-бокова (2А), 3 - кутова (ЗА).

Сп!вв!дношення м!ж ентальп!ями у центральна (1А) та боков!й (2А) ко-м!рками можна янисно оц!нити залежн!стю:

а, - Д1, / Д1 - Ш, / Ч) 2/3 (с!1, / с1т» -1. (3)

Ентальп1я у кутов!й ком!рц! (ЗА) знаходиться нижче ентапьпП у центральна! та боков!й ком!рках 1 нижче середньопучково! ентальпП незва-каючи на те, що а! для ц!е1 ком1рки вище, н!ж у боков1й (2А). Виявле-ний розпод!л теплог!дравл!чних параметр!в по перер1зу пучка в облает! однофазно! течП зб!гаёться з тим, що було отримано у попередн!х дос-л!дже нях.

Початок кип1ння на граф!ках супроводжуеться достатньо р1зким зни-женням масово! витрати 1 в1дносним зростанням ентальпП у центрапьн!{ ком!рц1, а у кутов!й ком!рц! - зб!льшенням масово! витрати та в!днос-ним зниженням ентальпП. Под!бна тенденц1~ збер1гаеться аж до середнь-опучкових паровм1ст!в х * 0. де розв1рка параметр1в по перер!зу дося-гае максимуму. При подальшому зростанн! х значения параметр!в у ком!р-

ках наближаються. При х = 0,15...0,2 масов! витрати у ком!рках уста-новлюються близькими до середньопучкових значень, до того ж , розв!рка пром1ж ними значно менше то!, що була при однофазн!й тсчII. Розб1г ко-м1ркових ентальп!й при цих значениях середньопучкових паровм1ст1в значно вище, н1ж в облает! однофазно! течП. Повод!нка параметр!в у боков1й ком1рц! зм!нюеться у залежност! в!д значения середньопучково! масово! витрати. При рШ = 324 кг/(м~*с) параметри у боков!й ком1рц! 1з зростанняы х зм!нюються так само, як у кутов1й ком1рц1. а при б!льш високих масових витратах у всьому д!апазон1 зм!нювання х - близьк1 до середньопучкових значень.

Виявлений розподхл ентальпШ по перер!зу пучка в облает! двофаз-но! течП зб!гаеться з тим, що було отримано у вс!х проведених ран1ше под!бних роботах. У той же час. розпод!л масових витрат при'х > х„.к. зб!гаеться т!льки з тим. що отримано у роботах Ф.С. Кастеллана. У вс1х 1нших досл!дженнях характер розпод!лу масових витрат м1ж центральною та кутовою ком!ркш.1И в!др1зняеться в1д виявлених у дан!й робот!. На мал.3.б для пор!вняння приведен! результата одн!е! з таких роб!т, ви-конаних ран!ше в КП1. В!дпов!дно даним цього досл!дження, масова вит-рата у центральн!й та боковхй ком!рках при х) хп-к. починала зростати (у кутовхй ком!рц! - зыеншуватись), досягаючи максимального значения (для кутово! - м!н!мального) при х * 0. При цьому. у всьому д!апазон! зм!ни середньопучкових ентальпхй масова витрата у центральна та боко-в!й ком!рках залишалась вищою (у кутов1й - нижчою) середньопучкового значения. Тобто картина розпод1лу значень масово! витрати в облает! двофазного потоку д!аметрально протилежна отриман!й у дисертац!йн!й робот!.

Але, ця уявна суперечн!сть законом!рна. Так, у даному досл!дженн! (а також робот! Кастеллана з !нш.) центральна комхрка (1А) мала най-б!льший Г1дравл!чний диаметр й, 1, в!дпов!дно (2), була високошвидк1с-ною. Ця ж ком!рка мала найб!льше зб1льшення ентальпП (або а, б1дпо-в!дно (3)) пор1вняно з боковою ком!ркою. Можливо припустити, що у центральна ком1рц! в першу чергу починалось кип!ння, у нШ найб1льш !нтенсивно в!дбувалось пароутворення ! в цю ком1рку , в!дпов!дно г!по-тез! про "дрейф" парово! фази у високошвидк!сну область, направлялась пара !з боковох та кутовох ком!рок по м!р! того, як в них починалось пароутворення. В результат! в!дбувапось загромадження парою живого перерву у центральн!й ком1рц! та зниження у н!й масово! витрати аж до- х »» 0. У приведен!й на мал. 3, б робот! центральна ком!рка також була найб1льш теплонапруженою, але високошвидк!сною була бокова ком1рка. В цьому випадку, п!сля закипания у центральн!й ком!рц!, пара з не! пере-

ы!щувалась у високошвидк1сну бокову ком!рку. 3 одного боку, це приводило до того, що л1н1йна швидк!сть в цих двох ком!рках п1двищувалась пор1вняно з л!н!йною швидк1стю середовища у кутов1й ком!рц1. 3 1ншого боку, згладжувалась нер!вном!рн1сть у розпод1л1 пари по перер1зу пучка. В результат! масова витрата у центральна та боков!й ком1рках в1д-носно зб1льшувапась (у кутово! - зменшувалась) аж до х * 0.

У експеримент! проводилось зам1рювання з ус1х характерних ком1-рок, що дозволяло зводити баланс маси та теплоти у досл1джуваному пе-рер!з! 1 по непогодженост1 цих баланс!в оц!нювати похибку експеримен-ту. Середньоарифметичн! та середньоквадратичн1 в1дхклення у баланс! маси складали в!дпов!дно 0. !6 % та 1,78 %, ентапьпП- 0,07 % та 0,57%.

У робот1 методом не!зок!нетичного в1дбирання проб були проведен1 експерименти по виявленню ентальпП потоку зм!шування (поперечного потоку) 18м м1ж центральною та боковою ком1рками для розбиття А. Дан1 цього досл!дження наведен! на мал. 4 та в поедйанн! з даними по розпо-д1лу масових витрат ! ентальп1й по ком1рках дозволяють пропонувати сл!дуючу ф1зичну картину теч11 у пучку.

При однофазнШ теч11 (х < хп к) значения ентапьпП поперечного потоку эб!гаються з ентальп1ею у боков1й ко-м!рц1 та дор1внюють середн1й ентапьпП по пучку. 3 початком кип1ння у центральна ком1рц1 ентальп1я поперечного потоку починае падати аж до х «О та в„облает1 досягання середнь-опучковим паровм!стом нульового значения опускаеться нав1ть нижче зна-чень ентальпП у кутов1й ком1рц! (ЗА). Це можна пояснити тим, що пара, яка концентруеться переважно у центральна ком1рц!, починае витискувати в1дносно б1льш "холодну" рЦинну фазу у перифер!йн! бокову та кутов1 ком1р-ки. Пот1м в!дбуваеться р!зке зб!ль-шення 1ЗИ до значень, що значно пере-вищують ентапьп1ю у сам1й "гаряч1й" центральна ком!рц!. Це пов'язане а тим, що починаеться кип1ння у боков!й коы1рц1 1 в поперечних перетоках починае переважати пара, що прагке перем!ститися у високоавидк!сну цент-

Мал. 4. Ентальп!я поперечного потоку 1зм м1ж центральною та боковою ком!рками: 1 - центральна ком!рка (Ш, 2- бокова ком1рка (2А), 3 - ентальп1я поперечного потоку 18М; рК - 750 кг/(иг>:с), р - 6 МПа.

ральну ком!рку. При х - 0.15...0.2 ентальп1я поперечного потоку почи-нае стрибкопод!бке змениення до значень ентальпП середовища у боков1й ком!рц1 з наступиим в1дновленням до попередн1х значень, цо зкаходяться вище значень ентальпП у центральна ком!рц1. Шдбуваеться перебудова структури потоку у пучЩ. Так, до х - 0,15. ..0.2 пара концеитрувалась преважно у центральна ком1рц1, а р1динка Фаза - у боков1й та кутоз1й <ом!рках з межою розпод1лу фаз, що розы1щуоалась у зон1 зазору м1ж пе-?ифер1йними стеранями. П1сля перебудови структури потоку, р!динна фаза ^находиться на поверхнях стержн1в та витискувача, а пара - у в!льному -.ростер! м!ж стержнями та витисиувачем, а таиож в зазорах пом!ж ними. Зезпосередньо стрибок значения ентальпП поперечного потоку можна по-юнити закидом р1дини у зону зазор1в в момент перебудови структури потоку.

Досл!дження розпод1лу масових витрат та ентальп1й для розбиття ;ипу Б проводились у тому ж д1апазон1 реясимних параметр1в, що 1 для сом!рок типу А. Результати цього досл!дкення для одного з режим1в на-юден! на мал. 5. Середньоарифметичн! та середньоквадратичн1 в1дхилен-

ш у баланс! маси'складали в1дпов!дно 0,15 % та 1,48 %, еятальпП -0.22 % та 0,27 %.

Мал. 5. Результат» досл1д»ення розлод1лу масових витрат 1 ентальпЛй для розбиття типу Б: рК/ » 750 кг/Сч^с). р - 6 МПа. Ком1рки: 1 - 1Б. 2- 2Б, 3 - ЗБ. '

Характер розпод1лу параметра для розбиття типу; Б схожий з виявленим для розбиття типу А. В облает! однофазно! те-чП сп!зв1дкоиення м1ас параметрами зали-аастъся пост!йним. - Розпод!л масових витрат добре описуеться залежн!стю (2), а розпод!л ентальп1й як1сно в!дпов1дае (3). 3 початком кип!ння значения параметр1в починають розб!гатися, досягаючи максимального розб!гу при х «.0, готм н1велв-пться. наблияаючись до середньопучковмх

значень аз до х * 0,2...........

Найб1льп ц1кавим е повед!нка пара-гтр1в у ком1рц1 2Б. Ця ком1рка охошаое зазор ы1а перифер1йними стерж-эыи 1 л1н!я, що проведена пом1ж центрами перифер1йних стержн1в. роз-1ляе II на дв! практично р1вновелик! частини. Одна половина знахо-

- диться в област1 "гарячсп " ком1рки 1А. Друга половина - в област1 комики 2А, параметри у як!й близьк! до середньопучкових значень (див. мал. 3,а). 1з чого можна зробити висновок про те, що параметри у ко-м1рц1 2Б розпод!лен! суттево нер1вном1рно. Та частина ком1рки 2Б, що знаходиться в зон1 ком!рки 1А, суттево "гаряч1ша" Tleï частини, що розм!щена у ком!рц1 2А. 0ск1льки паровм!ст ком1рки 2Б самий високий для ком1рок цього типу (див.* мал. 5), то можна зробити висновок про ■ те, що параметри у ком1рц1 1А також розпод!лен! суттево нер1вном!рно. Паровм1ст частини ком1рки 1А, що прилягае до зазору м1ж перифер1йними . стержнями (сп!льно! для ком1рок 1А та 2Б), суттево вище осередненого паровм1сту ycieï ком!рки 1А. Цей висновок наочно п!дтверджують дан1 про розпод1л по п'яти ком!рках типу В.

При умов1 в!дсутност1 ексцентриситету в розм!щенн! пучка в1дносно витискувача, експериментально отриманий розпод!л для двох тип!в роз-биття пучка на ком1рки А 1 Б шляхом нескладного перерахунку можна звести до значно б1лын детального л'ятиком!ркового розбиття типу В (мал. 6). Таке розбиття дозволяв оц!нити параметри в зонах, що прйми-кають до зазору м1ж перифер1йними ком!рками.

Розпод1л параметр!в по ком1рках типу В у деякШ м1р! п1дтверджуе модель "екв1вапентного к!льцевого каналу", що запр'опонована П. Дж. Барнеттом для розра-хунку критичних теплових поток1в у пучках. Д1йсно, у двофазн1й област1 течП ком1рки за сво!ми параметрами розд!ляють-ся на дв1 групи (мал. 6). Ком1рки, що розм1щен1 у центр! пучка (1В та 2В), ма-ють максимальн! ентальпП там!н!мальн! масов! витрати, що св!дчить про високу концентрац1ю. пари у них. Ком!рки, що роз-ташован1. у перифер!йн!й . частин! пучка (ЗВ.4В, та 5В) мають м!н!мальн! ентапьп!! та максимальн1 масов 1 витрати. що може служити анапог1ею товсто! пл!вки р!дини на зовн!шн!й ст!нц! к!льця, що необ!гр!-ваеться. Межу розпод!лу ком!рок 2В та ЗВ, що припадав на зазор м!ж перифер!йними стержнями, можна розглядати як межу роз-под!лу паровох (дисперсно!) та р!динно! фаз. Зм1на параметр!в у цих ком!рках мае

jW;/pW f К

î

У ; \

/ !

! X!

• »-3 X-J +-Z о-к

Мал.6. Розпод1л параметр!в по ком1рках типу В: pW -750 кг/(м2*с). р -6 МПа; 1...5-ком!рки 1В... 5В в1дпов!дно.

- И -

д!аметрально протилежний характер 1 саме в них pW1 та х, досягають екстремальних значень.

В той же час, анажз розпод!лу теплог1дравл1чних параметра по ком!рках типу В дозволяв виявити розб!жн1сть модел! "екв1валентного к!льцевого каналу" з т1ею, що вит1кае з експерименту. Основною в1дм1-ною е те, що ступ!нь нер1вном!рност! у розподШ параметр!в у пучков1 виявляеться суттево вищою, н!к у к1льцевому канал!. Це можна.побачити при розгляд! сп!вв!дношення масових витрат 1 ентальп1й у ком1рках 1В та 2В. Ком!рка 2В для б!льшост! досл!джених режим!в була са1.юю "гаря-чою" у пучков!. параметри у н!й знаходились значно вище середньопучко-вих значень, тод! як у ком!рц! 1В параметри близьк1 до середньопучко-вих. Пояснениям цього факту може бути сл!дуюче. Ком!рки 1В та 2В роз-м!щен1 у центральна ком!рц1 розбиття типу А, для яко! характерно те, що в н!й прот!кае акс!альний пот!к з найб!льшим паровм!стом у пучков!. У цю ком!рку направляеться пара з перифер!йних ком!рок, додатково п1д-вищуючи П паровм!ст. Оск!льки ком1рки 1В та 2В теплог!дравл!чно р!в-ноц!нн!, то масообм!н м!ж ними буде суттево нижчим, як м!ж ком!ркою 2В та перифер!йними ком!рками, ! парова фаза концентруватиметься переваж-но у ком!рц1 2В. Таким чином, найб!льюий паровм!ст у пучков1 приходив-ся на зону, що лрилягае до зазору м!ж перифер!йними стержнями, або, в1дпов!дно модел! "екв!валентного к!льцевого каналу", до межи роздНу фаз. У реальних же к!льцевих каналах найб!льший паровм!ст зм!щений ближче до внутр!пньо! ст!нки, що об!гр!ваеться.

У певн!й м!р! н!велювати цю р!зницю може використання модел1 "ек-в1валентного к!льцевого каналу з ексцентриситетом". 3 метою апробацП под!бно! модел1 було проведено з!ставлення критичних теплових поток1в, що отриман1 досл!дним шляхом для пучка у ран!ше проведених у КП1 роботах з даними розрахунку по р1зним формулам для к!льцевих канал1в. У розрахунках проводилось вар!ювання ексцентриситету е в1д 0 до 1. П!д-бираючи для р!зних режим1в е, можна отримати добре сходження експеру-ментальних та розрахункових значень. Але, для ряду режим1в, нав!ть при ексцентриситет! с - 1 (дотик), розрахунков! критичн1 теплов! потоки знаходились вище, н!ж отриман! для пучк!в у експеримент!.

0дн1ею з головних задач при Еик0ристанн1 методу ком!рок е вияв-лення "гарячо!" ком!рки. По II осередненим параметра)/! визначаеться криза теплов!ддач! у пучков1. У б!льшост1 досл1джень з традиц!йним розбиттям (типу А), а також у наведен!й дисертац!йи1й робот1, ' "гаря-чою" була центральна ком!рка (1А). В той же час, критичн1 теплов! потоки, що розраховувались по параметрам ком1рки 2В, будуть суттево мен-га!, н!ж так! сам! для ком!рки 1А. Тобто, використання б!льш детального

п'ятиком1ркового розбиття на характерн1 ком!рки мае переваги по в!днр-иенню до трьохком1рково! модел!. Криза теплов1ддач! у пучках. под!бних досл!дженим у дан1й робот1, буде в!дбуватися на ст1нках перифер!йних стержн!в, що спрямован1 у зону зазору ы1ж перифер!йними стержнями.

У четвертому розл1л! наведен! результата розрахунк!в по програмам ПУЧОК.БВДФ та COBRA III, виконан1 на баз1 експериментальних даних ць-ого досл1дження.

Програми типу ПУЧОК та COBRA заснован! на практично однаков!й ф!-зико-математичн!й модел1 теч11 i в!др!зняються. в ц1лому, емп1ричними залежностями, що використан! для замикання систем диференц1альних р1в-нянь. Як правило. виб!р цих залежностей надаеться споживачу. На мал. 7 для ком1рок типу А та типу Б наведений приклад розрахунк/ по програм1 ПУЧОК БМДФ. у якому початок кип1ння визначався 1з умов досягання ст1н-ками стержн1в температури насичення, а коеф!ц1ент турбулентного пере-м1шування визначався по залежностям Слуцкера В.Г. Загальна тенденц!я зм1н»вання параметр1в, отриманих у експеримент!, а також розрахованих по програм!, мае схожий характер.

i , ¡

i

Г L * 1

I \ /\ ■ 1 ' 1 1

•! Vi ! i X

-с* -ал ■*>

а-I

«--г

JLzl

Xi-X 1 1 1 1 1 1. i 1 1 1 I ! 1 I 1 1 1 1

i i , . L. .i ,

j 'J

i i \ ! , ,

I ! 1 i

! ~T\j У \ * ' X

Мал. 7. Розрахунок розпод1лу параметр!в по програм! ПУЧОК БМДФ: а -тип к. 1...3 - ком1рки 1А. ..ЗА в!дпов1дно; б - тип Б. 1...3 - ком1рки 1Б...ЗБ в!дпов!дно; pW -750 кг/Чм^с).

У той же час е суттев! в!дм!нност1. Так, у розрахунках розб!г па-

раметр!в починався при б!льш низьких середньопучкових паровмЮтах, н1я у експеримент!'. Швелювати цю р1зницю може використання залежност! Срантова В.Г.. що закладена у програму. Розрахунок початку кип1ння по Брантову В. Г. давав практичний зб1г з експериментом, апе при цьому приводив до помилки при визначенн1 параметр!в ком1рок. Другою суттевою в1д!д1ною е те. що розрахунков1 параметри и!сля досягаиня максимально! розв1рки, зб!гаються, наближаючись до середньопучкових значень при х < 0. В експеримент! цей процес видбувасться при б!льш високих значениях середньопучкових паровм!ст!в.

. . 0дн!ею з причин рсзб1жностей експеримеитсн та . розрахунком в нстсчн1сть у Еизначенн1 початку кип!мня у ком!рках. Анал1з даних по розпод!лу параметра по ком1рках показуе, що початок кип!ння у р1зних кон1рках суттево зм!щений в1дносно середньопучкових паровм1ст!в. Так, зг!дно отриманим у цьому досл1дженн! експериментальним даним, можливо припустити, що кип1ння починалось у центральна "гаряч!й" ком1рц1 (1А) при х * 0,18, у боков1й (2А) та кутов1й (ЗА) ком1рках цей процес "за-тягнутий" до х % 0. У той же час, розрахунок початку кип1ння у р1зних ком1рках э використанням формули Брантсва В. Г. - дае практично одночас-ний початок закипания у вс1х ком1рках. Розрахунок початку кип!ння 1з умов досягання ст1нка!.1и стержн!в температури насичення трохи "розно-сить" початок кип1ьня у ком!рках в!дносно середньопучкового паровм!с-ту, але ступшь нер1вном!рност1 виниккення цьего процесу залишаеться явно недостатки пор1вняно з тим. що спостер1галось у експеримент1.

Зд1йснено досл!дження впливу коеф1ц1ента турбулентного перем1ау-вакня на зб!жн!сть розрахованих по програм1 ПУЧОК БМДФ та експеримен-тапьних даних. У програму закладено п'ять залежностей для визначення коеф!ц!ент1в турбулентного перем!шування. Використання даних Слуцкера В.П. (мал.7) дало у загальному випадку задов1льну зб1кн1сть з експериментом. У той же час, з т!ею » точн!стю дозволяе проводити розрахунок використання значно б!льш простих залежностей, наприклад, постШюго значения коеф1ц1ента турбулентного перем1шування, р1вного 0,01. Зм1ню-вання коеф1ц1ента справляло суттевий вплив на абсолютн1 значения теп-лог1дравл!чних параметр1в та ступ!нь нер!вном!рност1 !х розпод1лу по ком!рхах, але практично не впливало на м1сце розташування початку кипеня, облает! максимального розб1гу та облает! зб1жност1 параметра у пучков1 в!дносно середньопучкових паровм!ст1в.

1з пор!вняння розрахункових та, експериментальних даних можна зро-бити висновок про те, що програма ПУЧОК БМДФ з однаковою точн1стю дозволяе проводити розрахунок розпод!лу теплог1дравл!чних параметр!в для двох суттево р!зних тип!в розбиття пучка на ком!рки А та Б. 1з цього

вит1кае, що у розрахунках по програм1 ПУЧОК е можливим дов!льний спо-с1б розбиття пучка на ком!рки. щонайменше, у облает! однофазно! теч!!.

На баз! експериментальних даних цього досл1дження в НИКИЭТ (м. Москва) була проведена вериф!кац!я программ COBRA III (мал.8). Програ-

Мал.8. Розрахунок розпод!лу параметр1в по програм! COBRA III:1...3 - ком!рки 1А.. .ЗА в!дпов!дно; pW -750 кг/(ы2*с), р -6 МПа.

ма для ряду режим1в показала добру зб!ж-н1сть а експериментом у област1 однофазно! течП. Але. в ц1лому COBRA дае результата г!рш1, н1* ПУЧОК. Так. для то! ж однофазно! теч!! масова витрата у кутов!й ком1рц1 ЗА. розрахована по програм! COBRA, • мала бути вищою, н!ж у 1А та ZA. В облает! двофазно! течП лрограма давала складну, практично непор!внянну з експериментом картину. Могливо це викликано тим, що на в!дм!ну в!д умов проведеного нами експерименту, у якому розглянут! стац1онарнГумови. COBRA III призначена для розрахунку нестац1онарних роцес!в.

V

OCHOBHI висновки

1. Отримано експериментапьний розпод1л масових витрат та енталь-п!й, а також ентальп1й поперечних переток!в для ком!рок. в!дчиненими межами яких були в1др!зки л1н1й максимальних дотичних напруг.

2. Вперше отримано експериментапьний розпод1л масових витрат та ентальп1й для ком1рок. в1дчиненими межами яких були в!др1зки л1н1й нульових дотичних напруг.

3. Визначено, • в област1 однофазних теч1й сп1вв!дношення м1ж значениями масових витрат у ком1рках пост1йне та добре описуеться в!домою залежн1стю pW ~ dn. де п - 2/3.

4. Наведена детальна картина теч!! у досл1дженому пучков!, на п1дстав! яко! установлено, що найб1льш 1мов1рним м1сцем кризи у д1апа-зон1 середньопучкових паровм!ст!в хп-к>< х < 0.2 е поверхня, спрямова-на у зазор ы1ж перифер1йниии стержнями.

5. Запропонована ф!зична модель течП двофазного потоку. в!дпо-

Xj-X:' 1 >4

V i i f ¡ ¡ I- ¡

i—

¡ i ¡ 1 1 IX

- 15 - .

в!дно як1й пучок зводиться до екв!валентного к1льцевого каналу з екс-центриситетом.

6. Проведена вериф!кац!я программ ПУЧОК БМДФ на баз! отриманих у робот1 експериментальних даних. Визначено, що розрахунок по програм1 дае результат, _ як!сно под!бний отриманому у експеримент1. У той же час, чисельн1 значения розрахункових теплог!дравл1чних параметра суттево в!др1зняються в1д експериментальних в област1 двофазних теч!й.

7. Проведена ощнка впливу точност! визначення початку кип1ння на результати розрахунку по програм1 ПУЧОК БМДФ. Анал1з використаних у програм! залежностей показав, що разрахунок по ним дае практично одно-часне закипания у вс1х ком1рках. що суперечить експериментальним да-"ним.

8. Проведене досл1дження впливу коеф1ц1ента турбулентного перем!-шування на точн1сть розрахунку по програм1 ПУЧОК БМДФ. Отримана задо-в1льна зб1жн1сть розрахунку та експерименту як при використанн1 склад-них залежностей Слуцкера В.П., так i прости* р!внянь, наприклад, пос-т1йного значения коеф1ц1ента турбулентного перем!шування. р1вного 0,005...0,01. Зм1на коеф1ц1ента турбулентного перем!шування у розра-хунках не виявляе практично н!якого впливу на м1сце розташування як початку кип!ння, так 1 облает! максимально! розб!кки та облает! зб!ж-hoctI параметр!в у пучку в1дносно середньопучкоаих паровм!ст!в.

9. Установлено, що за допомогою преграш ПУЧОК БМДФ з однаковою точн1ста проводиться розрахунок розпод!лу.теплог!дравл1чних параметр!в для двох суттево р!зних тип!в розбиття на ком!рки одного й того ж пучка. У режимах однофазно! теч1! прогрела може бути використана для до-в!льного способу розбиття досл!дженого типу пучка на ком!рки.

ПУБЛ1КАЦ11 НА ТЕМУ ДИСЕРТАЦ11

1. Орнатский А.П., Маевский Е.М.. Далипагич В. А. К определению горячей ячейки в пучке ТВЭЛ // Пром. теплотехника, 1992, Т. 14, N 1, С. 16-21.

2. Маевский Е.М., Далипагич В. А.. Разумовский В. Г. К определению места кризиса в пучке ТВЭЛ // Киев, политехи, ин-т. - Киев, 1994. -Деп. в ГНТБ Украины, N 2377 - Ук. 94. -9 с.

3. Далипагич В.А.Маевский Е.М. Опыт сравнения экспериментальных и рассчитанных по программе ПУЧОК БМДФ FUEL теплогидравлических параметров в TBC // Киев, политехи, ин-т. - Киев, 1994.- Деп. в ГНТБ Украины, N 2376 - Ук.94. - 7 С.

УМ0ВН1 ПОЗНАЧЕННЯ

х - балансовий паровм!ст; pW - масова витрата, кг/ (м2*с); Р -тиск, МПа; q - густина теплового потоку, MBt/mz; t - температура, °С; А - прир1ст; а - коеф1ц!ент теплонапруженост!; d - д1аметр, мм; 1 -питома ентальп1я, кДж/кг; с - в1дносний ексцентриситет.

1НДЕКСИ

1-1-я ком1рка; s - насичення; т - тепловий; п.к. -початок ки-п1ння; А, Б, та В -розбиття уипу А, Б'та В в1дпов1дно; зм - зм1шування.

SUMMARY

Dalipaglch V.A. Investigation of the Distribution of Local Thermal - Hydraulic Characteristics in a Flowed along Rod Bundle.

The thesis for the degree of candidate of technical science in 05.14.05 speciality - Theoretical Heat Engineering, National Technical University of Ukraine "Kiev PolltQchnic Institute". Kiev. 1995.

The thesis contains the results of theoretical and experimental Investigations on the distribution of local thermal-hydraulic characteristics in a flowed along 7-rod bundle of hexagonal geometry and the results of approbation of nuclear reactors thermal-hydraulic calculation programmes based on obtained experimental data.

АННОТАЦИЯ

Далипагич В. А. Исследование распределения локальных теплогидрав-лических характеристик в продольно омываемом пучке стержней.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.05 - Теоретическая теплотехника. Национальный Технический Университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1995.

Диссертация содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований распределения локальных теплогидравлических характеристик в продольно омываемом семистержневом пучке в шестигранном вытеснителе, также результаты апробации программ теплогидравлического расчёта реакторов АЭС на базе полученного экспериментального материала.

Ключов1 слова: розпод1л теплог1дравл1чних характеристик, пучок, безпека АЕС, вериф1кац1я. -

Здобувач (ЩШ)мснлги^, В. А. Дал!пат 1ч