автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Комплексная модель двухфазного потока пузырьковой структуры

л

, . МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукогкэд:.

БУН ВЬЕТ АНЬ

кааттЬ .»л.ть дагесазкаго потока. пушрбковол структура

В ШРОГЕНКРИРУЩИХ КАНАЛАХ ЯЭУ. Стюцивлыгаитс Ct.14.03 - Ядерные энергетические установки.

АВТОРЕФЕРАТ " диссертации на соискание ученной степени кандидата технически: наук.

А

иЬ-

МОСКВА - 1994

Работа выполнена в Московском ордена . Ленина и ордена Октябрьской Революции еяергегичэском институте.

Доктор технических наук

доцент Горбуров В.И.

Доктор технических наук Гордон Б.Г. Доктор технических наук Кузма-Кичта Ю.А.

Элэктрогорский научно-

исследовательский центр по

безопасности атомных электростанций., . -

Завдта состоится "11" марта 1994 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К.053.16.15 в аудитории кафедри АЭС Московского Энергетического Института.

Отзывы, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 105835 ГСП., Москва Е-250, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет МЭИ.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "_" фэвраля 19Э4Г.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты: Ведущая организация:

Ученный секретарь специаяизиро-

ваного совета К 053.16.15, доктор технических наук, доцент

Горбуров В.И.

ОБЩ/Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш: Важной задачей в комплексе энергетических и экологических проблем современного общества является предельно безопасное развитая втомней энергетики, которое обусловливает необходимость совершенствования методик анализа и прогнозирования ташюгидравлкчвехкх процессов,, протекаи^их при переходных и аварийных условиях в ядерных энергетических установках(ЯЭУ). Одним из важных режимов двухфазного потока, которой имеет место в ЯЭУ, является пузырьковый. Пузырьковый рэ»;им в ЯЗУ появляется в результате процесса пузкрьнового кипения, которое обеспечивает интенсивный твплоотвод при начале ряда аварийных условий парад переходом к кризису теплообмена. Этот режим двухфазного потока обычно сопровождается терюгиской коравковесностью и гидравличос-кой анизотропией, которые усложняют его анализ. Возможность применения методик анализа, базирующихся из интегральных параметрах потока и на соотиопеииах, полученных при стационарных условиях, для анализа нестационарных условий очень ограничена. Поэтому разработка нового подхода к анализу пузырькового потока для таких условий является актуальной проблемой.

Цель работы, состоит в исследовании нестационарных твплогид-равлических процессов пузырького двухфазного потока в парогенври-руюцих каналах ЯЭУ при эксплуатационных и переходных условиях методом численного моделирования. В соответствии с этой задачей были разработаны подход к численной реализации и комплекс программ для расчета теплогадравлических характеристик двухфазного потоке пузырьковой структуры в двумерной сопряженной постановке. На основе разработанных подхода и программ были проведены численные исследования пузырькового потока при диабэтных и адиабатных условиях.

Основными задачами решаемыми в диссертации, являются:

- рассмотрение современного состояния вопроса тегшогвдравдики двухфазного потока пузырьковой структуры в парогенерируюцих каналах ЯЭУ и его важность при анализа безопасности АЗС;

- обоснование необходимости проведения дальнейшего исследования потока этого типа;

- обоснование методики, позволяющей модулировать теплогидрав-

лические процесса двухфазного потока пузырьковой структуры в пзрогенери-сцкх каналах ЯЭУ;

- разработка дзукернзй дзуххядкссткой модели двухфазного потопа пузырьковой структуры в канале;

- разработка модели теплопроводности в стенке и' сопряженной модели теплообмена кег;ду потоком и стенкой при пузырьковом кипении;

- разработка двухпараметричаской &-е турбулентной модели для двухфазного пузырькового потока с'учетом влияния стенки;

- анализ характеристик получение;! систем дкфференцкальнше уравнений кодалей и обоснование возможности получения та решения;

- разработка алгоритмов и программ для численного исследования кастацпокг-рких теплогэдравлшеск:а. процессов в парогенерирую-сих каналах ЯЭУ;

- провадекта апробации расчетных методик путем сравнения с экспор^Зйвнтолыаак даннют;

У.-,- годы псслгдоЕРл-у.я: В диссертации использованы многояидяоет-ннй подход к моделирванка двухфазного потока, двухпараматрический подход к коделнровгнпнз турбулентности и теория численного решения системы уравнений сохранения для потока.

Нт/чк.-.я нови?на: Основные научные результаты работы заклвчактся в слэдушцем:

- разработаны методы реализации многоаыдкостного подхода для моделирования нестационарной многомерной теплогидравлики

ь двухфазных, системах пузырьковой структура применительно для анализа работы парегенерирук-лих каналов ЯЭУ и прогнозирования состояния бескнляхдпх систем пак переходных и. аварийных условиях;

- проведено наследование турбулентности в двухфазных системах пузьгоъновой етруктры, на основе которого предложена численная г/.оделъ для определения основных .турбулентных характеристик пузырькового потока;

- проведен анализ численной устойчивости моделей, которая является услсг-.узм для получен:« правильного решения полученной системы д-.'.'й-^рекдхилыих уравнений;

- разработан алгоритм численного резания задачи теплогидрав-лихи днухфазных систем в двумерной двуххкдкостной сопрякенной

ПОС'^НО? *

- разработан комплекс программ на ООРТРЛКэ для численного исследования теплогидравлическг.х характеристик двухфазного потека пузырьковой структуры пря даабатных у. адачсзтккх условиям. 3 результате анализа спмаис'.вдх. сооткосек^й рексмедсвана т.х оптимальная группа.

Практическая значимость ияЗоть:: Работа направлена на разработку нового повода, алгоритмов к программ для анализа теплогиг-рвшика двух^адка потоков пузырьковой структуры в парогея^грую-В52С каналах ЯЬУ. Этот подход, рзграСстапкиэ у.одали ;; расчетни? программ прплгсжма для исследования пузк-рькозого потока пузырькового кплекля в каналах ЯЭУ прк переходах к гсаргй-зас условиях.

/ттробангя тэзбэти: Осковкн-э полохенхя и результаты диссертационной рг.оотк оосузда.'эеь на засодажт кгфдр:; ДЭЗ УГ-Л (Москва, 1394г.) к на 4-о?, нвучко-тохнглеско;! кон^оренцдз: ядерного сО:;ост!7г:: "Ядерна?. энергия к безопасность чс лег.~кз" (йокниа Новгород, 15УЗ). Результаты г.сслэдоззннЛ тыки? бах* представлены на международной конференции по теплаглдравлклэ н ядерных реакторах киктхн-б (Оранцня, 19&3).

Основные По темэ днесерта:;;::! опубликовано 4

работы в вздз статей на международных ког4е-рснп;.»-ях и препринта.

Структура и объем рчбош: диссертационная работа состоит из введения, трех глее, заключения и литературы, вкдючаацвй 111 наилзнозаий. Работа изложена на 224 страницах основаного текста, содераят 65 рисунков.

содЕйглжа ?ЛБО';Ы

Зо введении обосновывается актуальность и нонпзна темы диссертации, кратко излагается содержзиэ раоота, об предает к приводятся основные положения, выкосите на зззу.ту.

В первой глава рассматривгетсл рель пузьт.гконого потока 2 эксплуатационных и аЕзрийних рехжзх ПЗУ, поиедг-чпе характеркстас теплогндрэвлических процессов, происходяздас б пузирькоком потоке и проблема моделирования двухфазного потока в настоящей Еремя. На основе широкого анализа современного состои.тля теоретических ;*.

- € -

экспериментальных исследований данной проблемы в первой главе также обосновывается необходимость проведения дальнейшего исследования нестационарной многомерной теплогидравлики двухфазного потока пузырьковой структуры в парогенерирунщих каналах ЯЭУ и сформулированы налравленЗ!я диссертационной работы.

Во второй глава рассматривается многоладкостный подход к моделированию теплогидравлики многофазных систем, который позволяет у'штиватъ важные физические эффекты теплогидравлики. В 8той главе также рассматривается особенность математической модели теплогидравлики пузырькового потока и пузырькового кипения в двумерной постановке. Система локально-мгновенных уравнений для фаз, описывающая поведение двухфазной системы пузырьковой структуры, основана на законах сохранения массы, момента и енергии каждой фазы. Взаимодействие между фазам;! Еыраасается в виде источникоеых членов . мезсфазкого обмена. Используемые в расчетной практике эмпирические выражения для межфазных обменов не позволяют учесть стохастический характер поведения.межфазной поверхности в парокидкостных потоках. Осредненние, представляющее интерес характеристики потока получены из системы осредаенных уравнений. В результате процедуры осреднения уравнения сохранения Д-ой фазы имеют общий еид:

д (р.(р Ф.) *■ *

П ' ' + * < РЛ®, ^ + > " 8! • <1 >

где р - плотность, кг/м*; ср - объемная концентрация фазы; V -*

вектор скорости; Б - обобщенный диффузионный поток; 3 - обобщенный источниковый член; Ф- обобщенный параметр потока.

Здесь р, Ф, V обозначают какроскопкчаскиа величины. Величины

Ф^, Б., SJ для каждого уравнения даны в таблице 1.

Предложенная выше система уравнений математической модели замыкается с использованием условия сохранения объема:

<Р, - 1 »)

и уравнения состояния фаз:

1/р,. Р., Ь.) - 0 , '(3-1....Н) . ' (3)

• Таблица 1. Величины Ф., Б. уравнения (1)

закон Ф. ) ю ) Б )

массы 1 О С.

момента ь ф ря - ™Р + М. 1 1 1 1

знэргга. (V 1') II С,- М.У + Е хЛ ■ ¿. 1 11

где 1 - касательное напряжение. кг/(м2.с); ? - дззленкэ, Па; д -тешювий поток, Вт/м2; <}*- ойъзжшй источник .тепла, Вт/м3; С -кассовый источник: й, 2 - ксяфззниэ обмены момента и энергии; индекс "т" покззцезэт турбулентную характеристику.

Кроме этого, неаОходот и соотношения для определения ннтен-сявноствй межкомпонентных обменов мессой, импульсом и энергией. Эти пэрметры зависят от ренкмшх параметров хютока и конфигурации мэкфазной поверхности. Для неравновесного двухфазного потока пузырьковой структуры необходимо учитывать следуйте виды обмена моментов и тепла:

- Мзафазноо трение: которое определяет скорость относитель-движения фаз (пузырей относительно акдкости). Тем самым, она

о^^деляет общее количество пара в системе и .среднео по сеченкз канала значение 'паросодеркзния. Сила мекфазного трения, действующая на фазы в пузырьковом потоке, определяется по формула

гп = - РЕ = С° <р р, V , (4)

1.1 VI V' 1. п

где Vк - относительная скорость между пузырями и жидкостью по 1-му направлению; 0° - коэффициент йш^ззного трения, который зависит от свойств фаз, их отностельшй скорости и размера пузырей.

- Подавшая сила Саффмена, которая является домпнируюцеа при определении поперечноп распределения паросодержажя, т.к. она может действовать на пузырь по направлен?.». перпендикулярному к направлению главного относительного движения фаз. Состнопэнио для определения подъемной силы Саффмена предстеЕлг:отся л иадо:

- в -

где Сь - коэффициент подъемной силы.

- Конденсация на мезфазной поверхности. Конденсация пара имеет место е неравновесном пар~1жидкостном потоке с недогретой до температуры насыщения жидкости. Это явление играет водную роль при опредленки тепломассообмена в потоке с недогреткм кипением. Скорость конденсации на мекфазной поверхности определяется зависимостью:

а № К

(6)

где ЛЬ- 4 - нвдогрев жидкости, К; г- скрытая теплота

парообразования, кДж/кг; А^- концентрация плотности мегфазной поверхности, м*/м'. Коэффициент ыежфазной теплоотдачи а для пузырькового потока определяется через соотношение:

Ш1 = 1,13 Ре0'3/<ф), . (7)

где

На = • ; Ре = ,

V V

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.К); К, ^ и ау - коэффициент и теплопроводности и температуропроводности пара соответственно, Вт/(м.К) и 1?/с; V,- относительная скорость движения пузыря вводе; <р - истинное объемное паросодержание. Влияние взаимодействия между пузырями на значение Ни определяется через функцию /«?>.

- Модель сопряженного теплообмена можду обогреваемой стенкой и потоком, процесс парообразолашм на обогреваемой поверхности: Математическая формулировка этой модели представляет собой вариант конкретизации уравнения (1), когда ^ = - ^ ^гай Т.) и (т = £га1 У.). Согласно этой модели, поле температур в стенке определяется через уравнение теплопроводности, а тепловой поток на стенке идет на нагревание потока и на парообразование:

где: с^ и ^^ являются конвективным тепловым потоком и теплоЕым потоком, идущим на парообразование, соответственно; А1цп - пло-

щадь стенки, находящаяся под влиянием процесса парообразоваш:л.

Конвективный поток определяется через условие сопряженной теплопроводности нч стопки:

ЯФ I

где gi | - гродо'.знт температуры на стенке; X - средний коэ&~л~

пивит теплопроводности между стенкой и кидтостьв, который определяется Формулой:

2 \ к

К = -, (10)

X * X

V L.

где: ?-v, A,l - коэффициенты теплопроводности материала стенки и жидкости, Вг/(м.К),

Тепловой поток, идущий на парообразование, определяется через скорость пэрезбраээвашя у станки Gu:

о = G г , (11)

ЧУИ V '

где Gv представляется в вида:

G = i icDa'М Гр . (12)

v О О a rv * '

Здесь, величины отрывного диаметра D0, плотности центров паро-образоЕЕНия К , частоты отрыва г зависят от перегрева стенки относительно темшрвгуры насыщения.

- Турбулентные характеристики. Турбулентность играет вагшую роль в диффузионном переносе количества движения и тепла в пузырьковом потоке и пузырьковом кипении. Расчет турбулентных характеристик пузырькового потока осложняется наличием д/сперсной фазы (пузырей). Турбулентные характеристики несущей фазы определяются с помощью даухпярметрической fe-e модели, согласно которой турбулентные вязкость и теплопроводность определяются формулам:

г к

. V - Р —; , (13)

Хт = р Gp vT /iv , (14)

где к- турбулентная кинетическая энергия; е - скорость диффузия турбулентной кинетической энергии; Ргт - турбулентное число Прандтля.

Величины к и е определяются через дкКмреиципльше уравнения

в форме (1), которые выводились из системы локально-мгновенных уравнений и осредненных по Рейнольдсу уравнений, сохранения для двухфазого потока (Таблица 2).

Таблица 2. Величины Б и 5 для к-е модели двухфазного потока

ф D S

й <р(Ц + к <pG - (pps + П + (fW

в <р(ц + С -§-{Cet<pG - Cet<pps + СеаП + СЕ4<рЮ

Здесь С - порождение турбулентной энергии; W - функция демпфирования для к-е модели с малым число:-. Рейнольдса е пристенной зоне; П - учет влияния динамики дисперсной фазы на турбулентность несущей фазы. В этих уравнениях все свойства относятся к несущей фазе. • ■

Влияние разных предположений о давлении дисперсной фазы, необходила для замыкания системы дифференциальных уравнений двухаидкостной двумерной модели пузырькового потока, на ее численную устойчивость было исследовано то методу фон Неймана, при котором установлено, что модель с одинаковым давлением фаз может быть неустойчива. В результате исследования были предложены метода устранения неустойчивости предложенной системы уравнений.

Для решения системы дифференциальных уравнений в частных производных (1) использован метод контрольного объема. Алгоритм коррекции давления SIMPLE (Пэтанкар С., 1984) был модифицирован для двухфазного пузырькового учения. В частности, поля давления и скоростей несущей фазы'скорректированы с помощь® уравнения сохранения массы этой фазы, а доли фаз - с помощью уравнения сохранения дисперсной фазы. Кроме етого, был предложен другой алгоритм коррэкции давления для двухфазного потока -PERFECT. Для ускорения сходимости численной схемы был использован метод низкой релаксации, причем коэффициенты релаксации уравнений приняты низкими.

В третьей главе проводятся верификация предложенной модели и численное исследование теплогидравлических характеристик пузырькового потока в каналах при разных адиабатных и диабатных условиях с помощью представленных моделей.

1. Турбулентные характеристики потока:

Турбулентная модель верифицирована на экспериментальных, данных для адиабатных однофазного потока и двухфазного Еоздухо-жидкостного потока. Результаты расчета полей скоростей и турбулентных характеристик однофазного потока хороао совпадают с экспериментальными данными. Результаты расчета поля скорости потока и.распределения турбулентной энергии по сечению канала при воздухо-жидкостном течении с помощью предложенной к-s модели и алгебраической модели, предложенной в литературе, сравнены с экспериментальными данными (Wang et al, 1987) и представлены на рис.1 и 2. Видно, что к-е модель турбулентности дает качественно более правильный по сравнению с алгебраической моделью результат. Как видно из рис.2, в ядра штока кинетическая турбулентная энергия не стремится к нули, как в однофазном потоке, а млеет постоянное значение. В этом районе турбулентность вызвана только разностью скоростей двух фаз.

2. Распределения скоростей и паросодержания по сечекию канала:

Поля'скорости и паросодерхания по сечению канала определяются рядом взаимосвязанных факторов: силы мезсфазного трения, подъемной силы 'Саффмена, размера пузырей, турбулентных характеристик потока. Поля скоростей и паросодержания по сечении канала, полученные по предложенным моделям, сравнены с экспериментальными данными (Wang S.К. et al., 193Т) для широкого -спектра режимов Еосходящвго и нисходящего адиабатного воздухо-хидаостного потока пузырьковой структуры в вертикальной трубе диаметром 57.15мл при разных значениях привэденых скоростей фаз. Результаты сравнения представлены на рис.3 и 4. В восходящем пузырьковом потоке, как видно из экспериментальных данных и расчета, под действием подъемной силы Саффмена пузыри пара движутся к стенке и в этом районе образуется "пик" пара. Когда пузыри соприкасаются со стенкой они Сольие не движутся по направлению к стенке. В математической модели при использовании понятия "непрерывной среда" для дисперной фазы (пузырей) не существует ограничение для движения пара к стенке под действием подъемной силы. Поэтому распределение пара будет иметь максимум прямо на стенке. Для исключения этой некорректности имеются многие подходы с использованием дополнительной силы, действующей на пар со стороны стенки, или дополнительной вязкости, тормозящей движение пара к стенке. В данной

U.m/s

1.2 1

0.8 0.6 0.4 0.2

~~~ u (olgebrclc)

u (k-e model) " u (experirnenfal)

0.2 0.4 0.6 O.i r/R

Рис.1. Профиль скорости.

k (k_e modal) 4 k (dgebraic) п ' к (experirnenfal)

0.004

0.002

0.4 0.6

r/R

Рис. 2. Профиль турбулентной кинетической энергии {Данные Wariij , ]L= 0.94 »' /с, JC) = 0.27м/с, R е. ='44000).

0.7 0.6 0.6 0.4

о.з'

0.3 0.1 о

0.6 0.4 ОЛ

ол 0.1

1 *

ОС—|—о—~огг 1 1 Г 0 ' ! X)

* к : х х х х ' *

1 1 о С\ О о хГе г<3 . \

1 ! оМ

' ' 1 1 1 1

III: III

ОЛ М 0.6 ол г/Я

^•0.43 т/| ( Ее - 21000 >

1 ! 1 1 I 1 1

■

- » « Ч , ■ » » 0

X к х X Iх !Ч\ ! * 1 \\ 1 1 \\

1 л

»о ¡о Ч а ¡о П '

1 1 1 1 1 1 1 1 а х^

0.2 0.4 0.6 ОЛ

Г/Й

■ 0.94 т/1. ( Ив • <4000 )

"в" .)<; =0.1м/с -к- ^ =0.27м/с

Рис.3 Распределение гаэосодержания в нисходящем потоке.

-Линии - Рпечет, Точки - экспериментальные донные

0.6 0.6 С.4, 0.3 0.2 0.1 О

ш

тРп-ц-

! ! _ы_а !Р 0.11 а 8

I

03

0.4

0Л

02

0.1

О си» ЕЛ С.й оя г/а

| - 043 т/« < ЙО • 31000 )

а

■ I .1 1 < * 1 1 : ! 1

1 ! ! ' 1 ■ ' 1 V! • *)« 1 ! Г1 1 ! о У 1

1 ! 1 ! /Г 1 • ! ■ 1 Л°

\ 1А . ¡Г -

1 , ! .X 1 ■

! /

! ' 1

) ; 1 о ■ | 1

03 0.4 ОЛ 0.8 Г/Й

0.9« тЛ. ( бе • 44000 )

■О- =0Лм/о

-х- -а.г'Ы/ч

.¡у -чли/о

Рис.4 Распределение ■ гаэосодержания в восходящем потоке.

Линии - Расчет, Точки - экспериментальные данные

работе был использован простой подход, в котором подъемная сг.ла СафЕмена уменьшается и стремится к нулю в области с размером, равным диаметру пузырей. Как видно из результата сравнения, гред-ложеКные модели хороио описывают распределения профиля пэросодэр-жаиия по сечеюпо канала и для восходящего и для нисходящего пузырьковых потоков. Из-за отсутствия данных об истишх скоростях фаз на входе, эти скорости были получены из значений приведенных скоростей при выбранном значении паросодериэния на входе. Выбранное значение истинного объемного паросодержания на входе било определено как среднее значение по сечению канала, полученное в эксперименте. Данные по ф имеют погрешность измерения, которая растет с ростом расхода пара и с уменьшением расхода жидкости. Это приводит к большой неточности задания значений истинных скоростей фаз на входе и некорректности расчета скоростей фаз по сечению канала, особенно при низком расходе кидкости и/или большом расходе пара.

3. Скорость конденсации пузырей в нвдогретой жидкости.

Предложенные модели могут описывать локальный процесс конденсации пузырей пара в недогрвтой жидкости - явление, имеющее место в неравновесном двухфазном потоке с недогретым кипением. Расчет был проведен в соответствии с экспериментальными условиями, осуществляемыми Нигматулиным Б.И. и др. (1993). Эти эксперименты были проведены для восходящих пузырьковых потоков в канала диаметром 26мм при давлении. 1, 3 и 7 _МПа, скорости жидкости -1.0, 1.8 и 2.4 м/с, и недогреЕом - .1 -11 Результаты сравнения расчета распределения по длине канала средних по сечению канала значений объемного паросодержания и концентрации мехфазной поверхности с экспериментальными данными представлены на рис.5. Так как локальная скорость конденсации на поверхности пузырей сильно зависит от их размера, расчет с использованием одинакового среднего размера пузырей на входе может дать некорректный результат. Для того, чтобы учитывать влияние размеров пузырэй на входе, рассмотрено пять групп размеров пузырей. Средний размер пузырей, доля объемного паросодержания'и мемфазной поверхности для пузырей каждой группы получены на основе обработки спектра размеров пузырей. Изменение значения паросодержания какдой группы представлены на рис.6. Из рисунка еидно, что скорость конденсации мелких пузырэй ¡значительно быстрее скорости конденсации крупных. ' Учет'

0.14 0.1 2 0.1 0.0 5 0.06 0.04 0.02 о

FI. S(ra2/m3)

; {

Fl (Cal.) - S (Ca!.) ü FI (Elp.) J S (Exp.)

S

\U J

\ ч 1 !

■

! ' ..............

Риг.5 Изменение паро-содержания и концентрации Межфаэной поиерлг.огя по длине изньлк.

1.«

О 0.1 02 О.) 0.4 0S V' зхз ЫРа; W- 2.4 m/t; at • 3-S'C.

0.С2

0.015

O.Ol

0.005

Рис.в Изменение паро-солержания каждой группы размера по длине канала.

■1,м

0 • 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Р= J.0 МРв; W= 2.4 m/«;M = 3.5'С (R1 > Ri > RS > R4 > Ю)

Ре-СпрсдСАСиие объемного паросодсрздния * по дллкс канала

1-Р=в.вШПа. Рйсхс»л=9&бкг/(м2.с) ГГотог=0.<-1К0г/м2. Тв*=521К 2-Р=7.011Ша. Госхол=8ВЗн'/(м2.с) Поток=1.8ЕНОг/мЭ. Tt>l=434K Линия- Гаснгт. 0 О - эксперимент. 7 /—

------- ------- --а--

< 2 0/ о/ 1 / —

i

< Ooo¡ qoS » У .DS-.C / -

Рис.?

Распределение объемного паросодерхания по длине канала

Рис.б

спектра размеров пузырей на входа дает более правильный результат о средней скорости конденсации пара по длине канала.

А . Процесс пузырькового кипения в парогонерирувщих каналах.

Цель» данной части является исследование пузырькового штока при условии кипения в канале. Так как объектом исследования является пузырьковый поток, ограничимся областью теплообкона до ' начала развитого кипения. В данной области, главную роль играет поверхностное кипение, где сильно проявляются эффекты керавновес-ноети потока и идут одновременно процессы парообразования на стенке и конденсации пара в недогретом ядре. Это сильно ограничивает возможность методик расчета, базирующихся на осреднонлых параметрах потока. Расчет по предложенной модели Сил проведен для потока с поверхностным кипением, результаты которого сравнивелись с экспериментальными донными, полученными Бартоломеем Г.Г. с сотр. (1962) для восходящего штока в канале с внутренним диаметром 12га и толщиной стенки 2мм при разных значениях теплового потока, давления, массового расхода и температуры ьоды на входе. Результата расчета и сравнение с экспериментальными дан-!Ш: о распределении по длине канала среднего по сечению какала паросодерхания представлены на рис.7-8. Видно хоровее совпадение между ними. Дэнгш подход и модели в отличии от друхч« расчетных методик дают не только какие-то осреднению и/иди локальные характеристики пузырькоього штока при кипении, но к полную картину о характеристиках потока и процессах, протекающих в нем. Кроме этого, этот подход позволяет прогнозировать поведение потока при переходных условиях к связать такие явления, как быстрое наступление кризиса теплообмена и "пик" паросо'держакия у стенки е еосходящем пузырьковом потоке. Для верификации модели при таких условиях необходима экспериментальные данные о распределении локальных теплогидравлических параметров пузырькового потока.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. На основе анализа теоретических и экспериментальных исследований, характерных для ЯЭУ в эксплуатационных, аварийных' и переходных ситуациях, обоснована важность пузырькового оттока и . пузырькового кигиния в тешюгидравлике ЯЭУ и необходимость проведения дальнейших исследований закономерностей этих процессов.

2. Проанализирован многокидкостный многомерный подход к моделированию теплогидравлики в каналах ЯЭУ. Показано, что он более полно описывает механизм двухфазного потока в каналах с различными структурами потока.

3. Для теплогидравлики двухфазного потока пузырьковой структуры в канале созданы:

- двумерная ДЕухжидкостная модель потока и соответствующая система замыкающих соотношений;

- двухпармотрическая й-е модель турбулентности для несущей фазы и ее модификация для области низких чисел РеЯнольдсэ;

- модель теплопроводности в стенка и сопряженное условие теплопередачи от поверхности стенки к потоку; .

4. Провэден анализ характеристик и условия устойчивости полученной системы дифференциальных уравнений, которые является уело-. Еием для получения правильных решений.

5. Разработан алгоритм численного решения двумерной двухжид-костной модели пузырькового потока. Разработан комплекс программ на Фортране, в рамках которого возможно определение есвх тепло-гидравлических характеристик двухфазного потека пузырьковой структуры при нестационарных условиях.

6. На основе предложенных моделей проведено численное исследование гидравлических характеристик адиабатного потека пузырьковой структура, таких как турбулентность и распределение объемных концентрации и скоростей фаз по сечению канала при широком диапазоне параметров потока.

Т. Проведено численное исследование процесса конденсации пара в недогротом до температуры насыщения потоке, при котором бил учтен спектр крутости пузырей на входе.

8. Проведено численное исследование процесса поверхностного гашения в канале, в котором сильно проявляется эффект неравновесное™ потока. При этом процессе одновременно идут парообразование и конденсация и имеются разные механизмы теплоотвода. Проанализирован ряд характеристик процесса пузырьковго кипения с помоцью предложенных моделей.

9. Сравнение рассчитанных характеристик адиабатного' хт диабат-ного пузырькового потока при использвании предложенных модолой и

разработанного комплекса программ с имеющими в литературе экспе-рикоитадьшю данными показыает возмокность их применения не только для описания экспериментальных данных, но и для прогнозирования поведения нестационарного неравновесного'диабатного двухфазного потока пузырьковой структуры. На основе ат;;х анализов и исследований можно делать вывод о том, кто предложенные модели могут быть применимы для улучшенного прогнозировать состояния пэрогенерирущих каналов ЙЭУ при переходных и аварийных режимах, в котором имеет место двухфазный поток пузырьковой структуры.

Основные результаты диссертационно!*' работы отрадны в следувдих публикациях:

1. Еуй Б.Л., Динь Ч.Н., Горбуров В.И. Численная реализация двухжид- костной .двумерной модели двухфазного потока пуз^ршмяй структуры, применимой для анализа аварийных процессов в роахто pax// -Ядерная энергия и безопасность чоловока//Те jy.au доклада международной научной конференции - Г. Нижний Новгород, 1993г. -с.1367-1369.

2. Буй А., Дивь Ч.Н., Горбуров В.Я., 1&гматулаг Б.И. Аналитическая дзушрши доухкидкостная модель соир/и.оыиго теплообмена а пузырьковом потоке// Труды 6-ой междунагадгой кшфэрвнцян по и'еп.50гадрзвх«в ь ядерных реакторах (ШйЕГН-б), Орошаю 1993. (на

янглийском языко)

3. ГорЗуроц В.П., Граккин В.А., Буй Вьет Ань. Расчет потерь па троние в двухфазном потоке с учетом относительного движений фаз,//В сб.. Доклад на ИФ-92 Тепломассообмен. Тепломассообмен i двухфазных системах. 1992. т.4, ч.1.

4. Горбуров ' В.It., Еуй В.А., Динь Ч.Н. Разработка методг - ьналиаа пузырькового штока в водоохлэждаемых реакторах при аварийных условиях.// Ядерная энергия и безопасность человека« Тезись доклада международной научной конференции - г. Нижний Новгород, 19S3r.■- с.581-583.

5. Нигматулин Б.И., Еуй В.А., Динь Ч.Н. Анализ двухжидкостно! двумерной модой ■ двухфазного потока пузырьковой структуры// Пропрянт ЗИ1Ц4 Л-11/02л г. Элактрогорск, 1993', 30с.

Тираж ЮО №

Типографии МЭИ, Красин а.ирмскпл к, М