автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Моделирование теплообменных контуров с двухфазным теплоносителем систем терморегулирования и энергоустановок

НАЦ1 ОНА ЛЬНА АКАДС1ЙЯ îiAYK УКРА1НИ 1НСТИГЛ ПРОБЛЕМ МАШЮБУЯУВАННЯ

РГБ ой

.. lia правах рукопяоу

' 4 сен №

Гакал Павло Григорович

дадЕлишаи ТЕшахаанннх конгичв э тш*т шшокоаем систем терморегулшання та ешрпшановох

05.14.03 - тэоретнчна тзплотехШка

АВТОРЕФЕРАТ

исьртацп на гдсбугтл каукового ступэз.*: кандидата те."н1ч:шх не ух

Харк1в-ШЁ5

Дисертац1ею е рукопно.

Роботу виконано на кафедр! Теплоф1зичглх основ двагунобудуваяня Харх!всъкого ав1ац{йного 1нституту 1ы. М. е. Дуковського Шн1стерстеа ocbítx Укра!йа Науковий кер1вник - доктор техн1чних наук,доцент Блннхое Володмкф Миколайовяч Науковий консультант - доктор твхн1чних наук, доцент Горбенко Геннад!й Олександровнч

0ф1ц1йн1 опоненти - доктор те*н1чнах наук, професор Сжрнов Геир1х Федорович - кандидат техн1чяях наук, доцент Ельк1н Борис Соломонович Пров 1дна устаяова - Ф1зико-техн!чний 1нститут низъких температур HAH Укра!ни Сы.Харк1вЭ

Захист в!дйудеться*^^' 1995р. о 14 годин! в ауд. 1113 на зас!данн! Спец1ал1зовано! вчэно! ради Д 03.18.03 в 1нститут1 проблем машинобудування HAH Укра!нх за адресов: 310046, м. Харк!в, вул.Дм. Пожарського 2/10. 3 дисерта1»ев «овна ознайомитйся у 0!<5л!отец! Институту проблем матшобудуваияя HAH Укра!ни за адресов: -310046, м. Харк1в, пул. Дм. Похарського 3/10.

Автореферат роз 1сланий 1-М/ 1995р

Ml ол,

Вчений Сскротар Спец!ал1зовано! вчено! ради кандидат техн!чних наук, старший науковий сп1ьроб1таик ^ ^/f У Дедков Г. В.

ЗАГАЛЬНА .ХАРАКТЕРИСТИКА Гч&ОТл чктуаяь'^сть таза;. Сдстец:) городах /.'ивйяя* ССы-О коо-и*чнзк апарапв СКА) на освоа! контур:з з дьофазтш теплоно-о!еи (ДОЮ, в яких топло аку.чулюсться у вигляд! приховзяо! теплоти пзроутвореняя, мають суттвв} пзревегл в пор^няян! з одпофазшши по иао1, екэргосподагаагшв та точност! тэрмоста-<11л!эац1ГВ той же час,ДОК а складними техн1чшш системами, спвтез якнн стад суттзза продуктивя{вна при" сиксрасташи адвкватвшс матеыатачних ыодэлоя. Несх5н1ян1сть в. математично-иу моделюшаин1 винкказ при анал1з1 працэздатност! та при розроОцГ рэ1сокендац1а по пол1пиенн» фуюиИ о дальних характеристик ко::кратнцк схеа ДФК СТР, ях! розроОляоться в рамках росIясысо-аыврикаисысого проекту М1 »народно! Косм1чно1 Отаяи!!' (ИКС) "ЛЛМ-А", до викояустьоя за учзсто ¡ЫгЛо-пгь-цого Ксскичкого Агзнства Укра1нв.

Лдеря! енергоустаиовхи (ЯЕУ), як{ озголодхутт.ся киплячов водой, отрикапн поширення як на Заход! (реактора типу ВЖ.1, так ! в гра?иа:: коликпього СРСР СРоо{я, УкрЛна, Литва),до три^ае оиспяуатац1й' роактор!в типу РБМХ та просктуоться нов! роактори п!двгщоко! <5езп2ки.3а<3еэпвчения стаяост1 хеч1! киплйчого твплоиоо1я е ваиливик аспектом проблема <5@з-пеки~ЯЕУ I аимагае розрсхЗки натоматичжпг кодеяза для вив-чекня проц€ю1в-,як1 вибуваються яря колнвалышя рзяшах течН теплонос1я, визпачеиня областей стало! роботн ЯЕУ.прог-возуваяня ефективймх 1няейврйия заход16, направления на эабезпэчэння сталост! тэч1! пиплячого тсгто:шс!я.

Роботу ввг.опаио йа кафздр! Тепло$Ьи*;л1П основ двагуяо-Оудування Харк!вського ав!ац(йного 1нстнтуту у в1дпов1яност1 э д/6 НДР ДКНО СРСР "Розройка теплообы!нпого контуру э неоднофазним перетворювачем енерг!Г' на 1988-1990 р.(Н Д.Р.

t

01.88.0089455); Загальносоюзнсю науково-техн1чною програмос ЛКНТ СРСР АН СРСР "Енергетика" на 1986-1990 р. р.Срозд!л 0.01.04, завдання И2г-7, тема "Моделявання руху парор!динних сум!шей в елементах циркуляц!йних контур!в для анал!зу аварийных та перех!дних режим)в' роботи А£С",СН Д.'Р. Д. Р. 01.87.0099313); М1жвуэ1всько1 науково-тёхн!чно1 п'рограми ДКНО СРСР "Ядерна енергетика п1двищено1 безпеки" па 1090-1993 p.p. (розд!л 4.4 "Розробка катематичних моделей та програм для анализу динам!чких npouecls в ЯЕУ з двофазним теплонос!ем". N Д. Р. 01.90.0062703); г/д И Д. Р.. 01.91.0011327 э Електрогорсько» науково-досл1дно» стйяц Í ею-ф! л1 алом ВШО э ехсплуатацИ атомних станц!'Я;г/д М З-ЦТФ/Ш з науково-вироб-ничим об'еднанням "Енерг1я";г/д Л 203-73/34 э Еяехтрогорсь-ким науково-досл1днин центром з безпеки атомних стайц1й;г/д N 402-99/94 э Нац1ональним Косм!чним Агенством.Укра!ни,

Необх1дн1сть запрошення Гор<5енко Г.О. в якост! науково-го кер!вника визначаеться там, uto другиЯ розд1л дисертацН приовячеНий анал!зу потокорозпод!лу в роэгалудхен!й йагато-елементн!й систем! терморэгулювання ор<5!талъно1 станцИ, виконувався на основ! консультаций з Горбенко Г.О. Нбо<5х1д1{.1оть цих консулътац!Я визначаеться тиы,. ко Г.О. Горбенко е науковим кер!вником сгйльних НДР XAI та РКК "Енергтя", зв'язак»!х з роэробко» проекта та випробуванням система эабезпечення теплового режиму ор<Итально! станц!! "АЛЬФА", автором опубл1ковано! в РКК "Енерг!я" монограф!! та ц!ло! низки публ!кац!й в м1жйародних науково-техн!чних видавнйцтвах аерокосм)много напрямху.

Мета роботи; розро<5ка ефективних та востов!рних матема-тичних. моделей розгалудкених багатоелементних теплообмшних контур i в з двофазним теплонос1см та ршення на íx основ! ho-

вии задач, як! зв'яза.ч! з проектувакйям та аналЬоч робочих nponeciB ДФК СТР i ЯЕУ.

Основн! эавдання досл!дження:

-разробка математичних моделей та алгоритм^,як1 дозво-ляють розраховувати потокорозпод!л в складних роэгалудуених ДФК СТР э дьофазним теплонос1ем; анал!з способу регулсвання ДФК СТР за допомогою регулятор!в подач! р!дини (РПР) i г!дроакуыулятора э тепловим регулюванияц СТГА);

-проведения як!сного та к!льк!сного анализу коливальких режим1в робота та сталост! киплячого теплонос!я в п!дскстеы1 ДФК ЯЕУ - 3dtpui паралельних парогенеруочих канал¡в; роз-рахунки областей стало! роботи канальних реактор!в РБМК-1000 та РБМК-1500.

Методолог!я досл!д&ення,Моделювання ДФК СТР базуеться на принцип! подання багатоздементних розгалудхеннх систем у вигляд i екв i валэнтних термопдродинам1чних ланисгзь, 1деал1-эован! элемента якнх несуть в codi внутр!шньо приоутн! влас-тивост! конструхтизнйх елемеит!в реальних систем. 1дэал!эо-ван! еледанти включасть контрольн! об'еыи та rfяки для г1дродинам1чно! п!дмодел!,теплов1 вузли та пров1дш!хи для теплово! пИдмодэл!. Особливост!, екими характеризуются еяе-иенти реальнин систем,в 1деал!зованкх еяемвятах проявляться через в!дпов1дн1 ддер8льн1 члени-в Дй$гренц1анвд р!внякнях збереиення масн, енергИ, (мпулъсу. D математкчному план! задача зводиться до рсзв'яэку снстемн диференцШких та алгес-паЛчних piBHHKb. , ' .

Шдсистека ДФК -ЯЕУ-зб1рка паралеяькях парогедоруючях каналiв-доелiджуеться шляхом моделювання теч!i в одиночному каналi при граничних умовах, як! характера! для паралэльно--канальног зб!рки CAP=const). Теч1ю киплячого теплоноо!я

в об!гр!ваючому канал! описано 1P2T1W моделлс нестац!онарно- * го одном!рного двофазного потоку разом з р!внянням зс)ережен-ня енергН для ст1нки. Для 1нтегрування системи диференц!й-них р1вняиь використано неявний чисельний метод Liles, Reed С Los Alamos,1978).

Одгрунтування теоретично! та практично! uIhhqctI доелiд-ження та його наукова новизна. В дисертац!йн!й podort запро-поновано подальший розвиток математичних моделей роэрахунку та анал1зу г!дродинам!чних та теплових процес1в в розгалуд-жених багатоелементних ДФК. За допомого» запропонованих математичних моделей роэв'язано задач! про потокорозпод!л та теплоо<5м!н в ДФК СТР МКС "АЛЬФА";про паралельно-канальну нестал!сть в п!дсистем1 ДФК ЯЕУ - sdipui паралельних паро-генеруючих канал1в.

На основ! чисельного анал!эу отримано залежкост! парамет-р!в в ДФК СТР Стяску^температури.розходи) В1Д розпод!лу теплового навантаження при эасоб! регулювання за допомогою РПР та ТГА. Отриман! результати дозволили детально проанал!зува-ти працездатн!сть ДФК СТР та запропонувати комплекс заход!в, направлених на пол!пшення функц!ональних характеристик ДФК СТР МКС "АЛЬФА".Шд час розв'язку задач1 про паралельйо-

л

-канальну нестал i сть в п!дсистем! ДФК ЯЕУ-з<5!рц! паралельких парогенерурчих канал1в, проанал!зоваяо вплив р1зних $актор!в Срозпод1л Ндроопсру уздовж каналу, топлова !нерп i я матер i а-лу поверхн) ,яка нагр!ваеться, установка каЫтуючо! труóm Вентур!) на стал i сть системи.

Розроблен! для р!июння конкретиих техн!чних задач мате» матичн! модел! та розрахунков! програми можуть бути також використан! при розро&п систем термостабШзацп сЯотехно-лоНчн'их установок для переробки сток!в тваринництва та

птах!вництва, при проокгуаанн! та розрахунках характеристик об'еклчв кр10генно! та ракетно! ' техн!ки;а такох при проектуванн! маслосистем двирун^ь.

Реая}зац{я наукових розробок. Математична модель та ре-ал!зусча П роэрахункова програмага також отриман1 за 1х «о-, помогою рекомендацП по вибору схемних ршень та проектуьан-ню елемент!в двофазких контур¡в теплопереносу(трубопровод!в, теплообм1ниик1в-Ейпар!?2ач1в).викеркотсвувть б НДР та ДКР ра-кетно-космгчно): корпорацН СРКК) "Енерг!я"' ¡м. С. П. Корольова СРос1йська Федерац1я) при розробц!- льотно! експериментально! установки та централ!зовано! СТР рос!йського сегменту МКС "АЛЬФА".Математичка модель та програма розрахунку коливаль-' них режим!в та сталост! йвофазного теплонос1я в паралельних технолог!чних каналах СТК) рэактор1в типу РБМК використо-вуеться в Електрогорському науково-дослЦному центр! по без-пец! атомних станций СРос1йська ФедерацШ для плапуваиня та , анаЛ1зу експеримент)в на ¡нтегральному стенд! безпеки.

Особистий внесок дисертанта у роботи, як! опубликовано разом 1з сп!вавтораки. В роботах [1-6] автор призма* участь в розробц! нових та подальшому розиггку вжэ э-пропоноааних ма-' тематичних моделей ; 6 проведенн! експеримент!в • та обробц! отриманих результат1в; у вЦпрацвэбИн! заключних вкснстк'.в. 1 Автором особисто розроблен1 розрахунков! программ та лройз-: дено розрахункоэо-тёоретйчн1 досл!джейня. V

Основн! науков! та прихлаяШ результата робота проПшли апробац!» на: 8-я всесоюзна конференц!* "Дво|«зииЯ пе?1» в енергетичиих машинах та апаратах" (Лея!яград, 1990); Шжгалу-зевому сем¡нар!-парад! "й'стэми терморегулювання з дво$аз-ним теплонос^ем для космтчних апарат1в".(Крим, 1991); М!жна-родному симпоэ!ум1 " Нестал!сть в багатофазних потоках "

(Руен,1992);8-й науково-практичн!й конферерцП "Досв1д експ-луатацИ та шляхи вдосконалення теплообм! иного устаткування" (Севастополь, 1993); Укра1нськ!й конференц!Т "Моделювання та досл!дження сталост! систем" (Ки!в,1993 ); 11-й М1жнародн!й конференцЛ "Моделювання як критична технолог!*" (Сан-Д!его, 1994);КИ«народы!й конференц!I "Нов! тенденц!! в термог!драв-л!ц1 ядерних -систем" (П1за,1994); Перш!й рос1йськ!й нац!ональн1й конференц!I по теплообм!ну СМосква, 1994р.).

За темою дисертац!! опубл!ковано 9 друкованих праць,серед них:дв1 статт1 в наукових журналах, препринт,три допов!-д! та три теэи допов!дей на науково-техн!чних конференц!ях.

Структура та обсяг дисертац!! . Робота складаеться 1з вступу, трьох розд!л!в, висновку, списку л1тератури !э 102 найменувань. Основний зм!ст роботи викладено на 168 стор!н-ках, 58 малюнках та 6 таблицях, усього 209 стор1нок..

ЗМ1СТ РОБОТИ.

В першому розд!л! проведено анал1з проблеми математич-ного моделювання робочих процес1в в теплообм1нних контурах з двофазним теплонос!ем систем терморегулрвання косм1чних апа-рат1в. Зростання тепловид!лення (0 > 10' кВт) на перспективних КА з одночасним зб!льшенням до I аЛ !х л!н!йних роэм!р1в ставлять проблему розробки СТР,як1 використовують двофазнйй. киплячий теплоноЫй. Перевагами ДФК в пор!внянн! з тради-ц1йними однофазними р!динними системами е кваз! 1зотёрм!ч-., н!сть д!лянок збору та скидання тепла, суттево менш! витратй" теплонос!я та потужн!сть прокачуючих насос1в, габарит¡в та маси трубопровод1в,арматури та теплообм1нних апарат!в.Анал1з тенденц1й розвитку та сюновних техн!чних р1шень дозволило визначити дом1Нуючу концепц!ю перспективних ДФК СТР-основний контур типу " теплова шина " э насосною прокачкою , до якого

г.риеднуоться plsni навантааення (користувач!).

1 ¿ЙС СТР реал!зозако пирокий спектр г!дродинаи!чнкх та т*плон&соо<2а1кнах npouects в стац1онарни2 та зестшЦоиагяш ретаках роботи, для юделювання яки* нэо<Зх!яно створивати адекмтн! та достов!ри! математичиt модол!. Запропонован! р лъоертац!Ï нгтематична модель та розрахункова программ с результатом досд!даень ¡шсоианих в XAi та РКК. "Еазрг!я" рс

4' tj прогнанного ЧГ. Vin ni.v^u Iir-Qf^v i n'ir^T^ry «ЛЯ

нросахування 'га оупроьодаьння екоплуатацИ О'ГР МКС "АЛЫ-А1.

Важливим аспектов проблема безпеки ЯЕУ е забезпечення ста-nccTi течН киплячого теплонос!я. Останне потребуе розробки достов!рних математичних моделей 1 програм для детального ьквчення та поглибленого порозум!ння природи коливальних режим i в течН теплонос!я, роэрахунку областей стало! • рсботи зкзниеиня числа !ктогральиях експеримен?!в,пролюэу5ання «фекткьност! !наекерких эа>:од1в по забезпечеыш сталоат!, Проведения автором orляд роб(y присвяченях математичнкм моделям для анализу стаяост! киплячого таплонос!я в ЯЕУ.виявнв дсшнувакня л!н!в,чсго п!дходу та поо,чинокi випадкя викорис-тання нелШйних к.;леде9 Слрограми RETRAN, SPORTS) . Ш

обставини, разом э неойх!да!ств уточнения безпечних ексняуа-

; 't 1

Tantяках napaw*?ph. реактс.pic, типу ГГКК , рцэначил;: аес<Ыд-к1сть пооулсвн рззрзк/хкоъо! пьограмм.яка рвагЛэуе г!дродииам!чну модель нестац!скарно? точ!Ï киплячого тепл-г нос!я- в зб!рц! паралельиях технояог!ч1Ш какая!» та яроез-девкя uottunoKCHOï п роэралупково-тборетгчкого- дооз!дз»«: явид! цирад9Яьис-х«£адьао* геялог1дравл!чао! настало«!.'

В язугсау проэедоно анал!з потокорозпод!лу

"1&плообм!ну в складних багатоелементних ДФК . (ЛР в. межах п!дходу , який базуеться на принцип! показу багатоелементних

JO

розгалуджених систем у вигляд1 екЫвалентних термог1дродина-м!чних ланц»г!в. Закони эбереження для елемент)в термог!дро-

динам1чних ланцег!в мають ьигляд-.

dH, ,

• ас^ - Е «j! ■ <» .

dU. •

Р-г: 4 ;' - Рк*,+ ^ + + + ¿V- С3)

о .с = О -Л-f ,lç'F*.K (О

* * "

де (ндекс "к" в!дносять до контрольного об'ему та сполучено-го з ним теплового вузла, а 1ндеко "J" в1дносять до г!лки, яка виходйть 1э контрольного об'ему. Тепловий пот1к f мо-делюеться елементом "тепловий пров!дник" 1 виэначасться эа-коноМ Ньютона - Piхмана.. Теплов! потоки м)х конструктивнима елрментами та яавколишн1м сереДовищем за рахунок теплопро-в1дност1 та радиацП моделсеться елементами " тепловий про-BiflHHK",Tà виэначасться в1дпов!дно -законами Фур'е або Стефа-

■л ' '

на-Больцмана. Коеф!ц|ент теплообм!ну с^ обчислюеться в залеж-.ност! в!д режиму теплообм!ну за допомогою оп!вв!дношень: ' J.Chen, D.Groeneveld, R.Couga11 -V/,Rohsenow.В р1внян:'Л закону збереження 1мпульсу СЗ) незворотн! '¿итрати таску в двофазно-му noToiil розраховуютьсй за допомогос параметра двофазност!"

який визначаеться в залежност! а!д режиму теч! i двофа'э-ного потоку за сп!вв!дношеннями ВеаШе.Для визначення структур двофаэного потоку та режиму теплообм'ту в робот! запропоновано карту реким!в теч! Ï двофаэного т<?плоное!я а. теплообм!ннику-випарювачу в умовах послаблено! грагптацн.

Эапролонований ви'ще п1дх!д дозволяе ироводнтн як розра-хунки ностац!онарних рожимгв (запуск, зм!на тепловвд1лёння , .зм!на умов теплов ! дводу, зм ! на температури термостабШзацН, реакция, на flic актквних регулятор!в, конивакня, нештатно с«-

и

vyauII), а також для роэрахунк!в стац!онарних характеристик, як! BtíodpaiacTb эалешпсть внутр!шн!х теплоф1экчннх rapa-' метрi в сиогеыи (роэходу, тиску, температур, napotMicry ) в!д теплового навангаження ado ¡ншого зоен1шнього параметру сис-теыи. При стац!окарних розракунках ьважаоть, ко в контрольна« об'емах та теплових вузлах нэ'зд1йснсзться пакопичення маси та енергП.а bcí г1лки с5ез1нерц1йн1. .Система диференцШшх р!вшшь, лк! опксуютъ контур тгплспергпсоу, траисйсрмусг'.оя в систему трансцендентких р1внянь,як! одержано шляхом обнуления пох!дних в л1вих частинах диференц!йних р!внянь. При цьому зан!сть одного !э р1внянь типу С 13 необх1дно задата «асу тепловое!я в контур! M=const, якао контур замкнений.або !нший параметр з Йудь-як1а точц! контура, яквдо в!н роз!мкне-• ний. Для одергсання замкнено! математично! модел! ДФК СТР автором о'ули розреблен! иатематичн! ыодел! кав1тусчо! трубки Вентур! , топлооо'м!нника-випарювача в уыовах послаблены грав!тацП, г!дроакт»:улятсра з тгпловим регулвванкяи.коядон-сатора-випром!новача, ыехан!чного в!дцентроБого насосу.

Кавтсча трубка Вентур! викснуе фуикц!» обмегувача роэходу в г1лках с!тки те-плозбору ЛФК СТР при эм!нах тег?ло-вйх ;навантакень та г!дроопор1в. Проведено автором експери-мэнтальне досл!дкення малороэк!рках ка^тумих трубок Бенту^ р! на |ресн1-ИЗ показало,що в диапазон! регамних та геоке1 ричних ¡параметрi в,^ яке характерна для ДФК СТР, . йаксамальний розх1дЧерез трубку !з задов!льнов tomhíctb описуеться гомогенной !зоентроп!чною кодэллв,

Робота теплообме нник i в-ымарввач i г. в умовах ослаблено! EESSÍXSüll ■ Автором виконаио експериментальне досл!дг.с>ння структур потоку та режим!в теплообм!ну в випарсвачах конвективного типу. Методика експерименту м!ститься в пор!внянн!

температур веряньо! та нйкньо! rplrmx поверхонь плоского каналу,лк1 охолодкувались киплячйм фреоном-113, при р!зиих витратах ■ охолодкувача. • Сутгева р!зниця цих температур {нтерпретувалась як доказ зиачного вплнву сили Арх!меда на мекашзм киптйня.ВЁакалось,що в ц!й облает! параметр1в в!ро-г!дне виннкнеикД пл!вкового режиму кип1ння в умовах неваго-мост!.Результата екоперимент1в оброблен! в координатах "G-x" в вигляд! карта режим1в f-э задов1льно» точн!стю сп!встав-лен! з результатами. анал!тичного розв'язку задач! про в!дрив парово1 бульбашки в "умовах эм!нного поля сили тяж!ння. За до-• помогав викладено! методики побудовано також карту режимin течП в умовах нульовоГ грав!т?ц!Г киплячого ам!аку, який е штатним теплонос!ем ДФК СТР в проект! МКС "АЛЬФА".

Пдроакумулятор з т'епловим регулвванням (ТГА) призна-чений для регулювання тиску в контур!, а в!дпов!дно,1 темпе-ратури в випарввачах., На в!дм1ну в1д г!дроакумулятор!в з га-i зобалонним наддувом, тиск в ТГА регулреться випарюванням pl-дини, ado койденсац1ею пара. Для цього в ТГА передбачена мок-ливicrrb поводу або в!дводу тепла до ado в!д теплонос!я . Принцип д1f ТГА засновано на баланс! м!ж к!льк!стю п!двод-жувано! електронагр!вачем (}п та в!дводкувано! випром!нвва- v чем з поверхн! ТГА Qoyt теплоти. ТГА моделюеться контроль-,.' ним об'емом та г!лкою. В контрольному об'ем1 энаходяться • HepiBHOBicHi парова та р!дка фази.що роэд!лен1 м1жфазною по-верхнею. При визначенн! стац!онарного потокорозпод!лу

ifi

моделюеться контрольним об'емом is неэм!нним в часх тиском.

Кр!м перерахованих вище елемент!в математична модель контура м!стить в codi р!вняння теплов1ддач1 в конденсатор:--випром!нввач! та регенеративному теплообменнику, а також ■ р1вняння характеристики механ:чного в i дцентровогсТ насЪсу. Jia

\

ца

s « « s s g»-s

1. f - к « < * (•— r

îlliyiiplliîp

í¿VAS.¿&¿ I y 35 -??F

£кв i я&лекткиА гериог^яродкпоищний ландах- для роярахунку потфхороэпоя; лу п ДФК СТР МКС "АЛ1ЛА".

имг:

Кал. г

Проф л , теку (Р).геааератури (Т). п&рови 1сту (х) та рогкоду теплоносмя (т) по эаикненси/у-контуру через модуль ЬА01 -(ядр ГТОГГ-: розрахутпдг-Ота>?:8з1 - СЮт^ --- - - -

основ! описанЫ матецатичко: модель проведено анализ працез-датност! та запропоновано комплекс заход!в по . покращеынв футшионалышя характеристик ДФК СТР МКС "АЛЬФА", кон$1гура-pania якого зойражена на мал 1. а екв1валентн1 .спряаен! гiдродинам!чний та тепловиЯ ланцюги на ызл. 2.' Розрахунксвим шляхом отр;шано эалежкост! параметр is в контрольних об'емах та г1лках (тиску, теыператури, розходу).в1д роэпод1лу теплового .навантаження в KOHTypi при aacodi регулювання за допо-ыогос РПР.як! п!дтримують' на виходi ¡з випарювач1ь х -0,8, i з допомогою ТГА, в якому шдтримуетъся таек Ртга= 6*10эПа= = const. Як приклад на на мал. 3 представлена зм1ну параыет-pib потоку в паровi0 та dafinactiifi л пнях модулю LABI. На основ! отриманих реэультат1в визначено, що:

1) кон$1гурац!я ДФК СТР та ^acid регулювання за допо-кого» РПЖ та ТГА забеэпечують сприятлив! уыови робота вс!х модулiв в гЛапазон! теплового кавантажеиня CO."..30 кВт) 'при р!зиих конф!гурацiах тепг.овид1 пения;

, 2)в ыодул! LABI нео0х1дно використовувати регенератив-ниа теплообм1йник (niдобрано Micue яого.розташування та кое-$iuieiiT теплопередач1 k°F ) . Показано, що при Qg S 15 кВт , для виклвчеяня можливост! замерзания тепяоноси; , кеобх!дно вмикати електроп1д1гр1в;

3)при заданих проектувальником параметрах кокденсатора--випро«1ирвача,. ка»1тац1йний запас при Qg - 30 кВт кедостат-нЩ.Для пiдещоння кавiтацiиного запасу запропоновано эсИль-аати.плоау вяпрсмгнявача з 150 ма до'175 м®, роэкистити панель випроа1нювача так, mod тепловий потгк.папасчий на не? 5 наьколиаиього середовища.я дув м1н!мальнин; розм1стити кон-дэнсатор та переохолоджувач на "сво!х" теплоьих трубах та панелях випромпшвача.

I В третьому розд!л! коливальн! режими течг! киплячого тепложхмя в систем! паралельних парогенеруючих канал1в до-сл!джен1 шляхом моделпвання течН в одиночному канал! при граничних умовах , як! характерн! для паралельно-канально! зб!рки СДР =const). Теч!я киплячого теплонос!я в об!гр!вано-му канал! описуеться 1P2T1W моделлю нестац!онарного одном1р-ного двофазного потоку ,1 основ»! р!внякня закон!в збереження д4Я яко! масть вигляд:

¡ -ЯГ + -Т~°Ш. (p„eW'F) = Рш= ,

día'p ) * я <¡ л

+ Hrf «-"v"**) = Ji-v

Ж + + + -Н + 3»cosj =0, С5)

I *m W

Vv=V - q,-v= vAeíVW-

Однофазна р!дина моделюеться системою С5) при а=0. 5ля !нтег-рування системи(5)використано неявний чисельний метод Liles,. Réed CLos Alamos,1978). Р!вняння енергИ для кожного елемен-ту от!нки аналог1чно р!внянн» i . Для рсзрахунку теплообм!-mí* ctíhkod каналу та тёплонос!ем викорнстовуеться залеж-nl'cib ГСхУ СП. Л. Кирилоб, 1984), цо представляе зм!ну

критичного теплового потоку в галежност! в!д масового паро-

; /

вЦ1ступотока теплонос!я. Коеф!ц!енти теплов!ддач! ah при р}зних режимах теплообм!ну розраховувались по кореляц!ям :

J. Chen, D. Groeneveld, K.Dougal - W. Pohsenow.

' На основ! розробленоí «атематично? модели було розв'яза-но; задачу про паралельно-канальку нестал 1сть. Сл!вставлення теоретичних та експериментальних результат!?. показало,що ма-тематична модёль э задоь!льною ' точн!отв уэгоджуеться з

експериментом. Детально пояснено ф1эичну природу та побудова-но блок-схему коливань, зв'язаних з пер!одичним виникненням та перем!щенням в потаи хвиль густини. Показано,що зб!льшен-ня теплово! {нерпЛ матер!алу об!гр1вано! поверхн1 веде до зб1льшення облает1 стало! роботи системи паралельних каналов . Чисельно доведено доц!льк!сть використання для подавления пульсац!й та розширення облает! стало! роботи перед-включених кав!туючих трубок Вентур1. Поргвняльний анал!з сталост! теч!! киплячого тепложхия в ТК РБМК-1000 та РБМК-1500 показав, що обмеження на зм!ну режимних параметр!в в ТК РБМК-1000 та РБМК -1500 не !дентичн! з точки зору недопущения розвитку паралельно-канально! несталост! та кризи теплов!ддач'! . На мал. 5 показан! автоколивальн! режими роботи ТК РБМК-1000 та РБМК-1500 <?!Ля меж! сталост!. Бачимо, що в ТК РБМК-1000 на фаз! мШмального розходу спостер!--гаеться р!зке зростання температура ст!нки Скриза теплов!д-дач!), тод!. як в ТК .РБМК-1500,завдяки встановленому !нтенси-ф!катору тбплсюбм!ну , температура ст!нки зм!нюеться слабо.

' 0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ« ТА ВИСНОВКИ.

1. Розроблено математичну модель та розрахункову прог-ра)<у, що Н реал!зуе* для анал!зу по'токорозпод!лу та тепло-обм!ну в розгалуджених багатоелементних ДФК.

2. Розроблено та.експериментально перев!рено математичн! модел! «элемент! в ДФК - кав!туюча трубка Вентур! та, теплооб-м!нник-випарювач в умовах послаблено! грав!тац!I.

3. Проведено комплекс розрахунк!в по анал!зу праце-з дата ост 1 та вироблено конкретн1 реком<=>»даи,Н по покра-щевдр функц!ональних характеристик ДФК СТР МКС "АЛЬФА".

4.Розроблено математичну модель та розрахункову прегражу для анал!эу колиьальних режим!в гечИ киплячиш тииюно-

kopçôh crnoAocmi ГК

рб^ж-1000.

кордон crruv.ocni дла ГХ

PS MK—1500.

,0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Q/(m-l) 0 ном.р«ж1л p5uk-10c0

а)Р =б,9МПа; Q=3000 кВт;

ÔX

L =50; ? =0. '

M WC VWC

/

{

7

3 / /

0 5 04 0.3 0.2

0. c.o

0.0 0.2 0.4 0.Б 0.8 1.0 12 Q/(m.|)

а Ном.ре*-;.« PSMK-1500

(5)Рвх-6,дМПа; Q=4500 кВт; -50; í =4,1.

I V<C ^ Y Vf С

\

( . )

v

î /

Мал. 4

Колива+ю розиоду ma температуры ст'и-ки 6!ло кордону столост! Р6М<—1000

i)P =7,182МПа; Р =б,9МПа; Т, =503,13К; Q=3000kBt;

in ex in

L -50; ? =0.

sUc ^ vwc

ибгяця рсэходу ma темперогпури cmU—

<a б' а о *,с-рдону столост) РБМК~ !500

<5)Р -1,678МПа; Р =6,9МПа; ï =503.15К; Q=45GOkBt,

i г» i п

Î =50; ? =4,1.

Mwc svvc 1

Мал. 5

спя в п!дсистем! ЯЕУ-зб!рц1 паралельних парогенеруючих канала типу РБМК та моделюочих стенд!в.

5. Проведено cniвставления розрахункових та експеримен-тальних результат!в,а також комплекс розрахунк!в,як! направлено на роз'яснення ф!зично! природы коливань, анал!з впливу р1эних $актор1в(на стал!сть теч!Т киплячого теплонос!я.

6. Визначено, но д!апазон дозволеного эм!нювання рехим-них параметр!в в ТК РБМК - 1500 витий над ТК РБМК - 1000 , завдяки встаиовленому !нтенсиф!катору теплообм!ну.

Основн! позначення: С - пнтома теплоемк!сть, Дж/Скг-К); F-плота,мг;Г-сила,В1Днесена до одиниц! об'ему сумш! .Н/м*; G-питом! масов! розходи,кг/Сма,с); g-прискорення в!льного пад!ння, м/с* ; i - питока ентальп!я, Дх/кг; J-iнтенсивнiсть фазового переходу, кг/С ма•с) ; L-довжина,м;М-маса, кг; ш-се-кундн! масов! розходи,кг/с; Р-тиск, Па;0-теплова потужн!сть, Вт; чу-питома теплова потужшсть.Вт/м3; м!хфазний теп-ловий пот!к, в!днесений до одиниц! об'ему сум!ш!, Вт/м3;

qw (- тепловий пот1к в!д ст!кки до теплонос!я, в1днесений до * *

одиниц! омиваемо! поверхн 1,Вт/м3;Т-температура, К; t-час, с; и-внутр!шня-енерг!я, Дх; ц-питома внутр!шня енерг!я, Дк/кг; V-od'eM,, ms ;«-швидк!сть,ы/с;х-масовий паровм!ст Сступ!нь сухост!);-2 - осьова координата, м; «-ск5'емний паровм!ст; с^-коефШент теплов!ддач!, Вт/С«**Ю; р - густина, кг/м*.

1ндекси: in( Inlet)-вх!д;exCout)-вих!д; ltliqujld)-р1дина; m(niixture)-cyuiiii; salCsaturated)-параметра на л!и!1 наснчен-ня;vCvapour)-пар;wCwall) - cTimca, огаваема поверхня. Основний зм!ст дисертац!! опубл!коьа- ■ в роботах; • 1.Б. И.Нигматулин, О.И.Мелихов, В.Н.Блинков, П.Г.Гакал . Численный анализ устойчивости кипящего теплоносителя в параллельных обогреваемых каналах. .- Теплофизика высоких

температур, 1893,31, NO, С.934-940.

2. B.I.fttgmatulin. 0.1. Mel ikhov, V. N. Bi ihkov, P.G.GakaL The numerical analyses of boiling flow instability in parallel heated channels, - NUclear Engineering and Design, 139, 1593. P. 235-243. .

3.5. И. Нигматулкя, В.H, Блинков, 0.11. Мелихов, Л. Г. Гакал Расчетное исследование устойчивости течения двухфазного теплоносителя в параллейьнйг каналах' t-еактерсЗ типа РШК Л '

Электрогорск, ЭНИЦ, Препринт L 13/01-1034. OS , 1884 . - 43 с.1

- . 1 -

4. В.Н. Блинков, П.Г.Гакал, Т. А. Горбенко,С. В. Синицкий, ; И.Э.Теняков, А.Ккконов, Ю.М.Прохоров. Экспериментальное и i теоретическое исследование, элементной бази тепяообмекных ; контуров с двухфазным теплоносителем для систем терморегу- .'

лнрованяя космических аппаратов.В книге : Системы терморегулирования с двуяфааннм теплоносителем для косыичесаах аппаратов , /Обзор труг.оя межотраслевого ■ семинара-совещания "Системы терморегулирования с двухфазным теплоносителем для космических аппаратов" (Крым 1991г.).- Москва .' Центр НТК ' "Поиск",Серия; Ракетно-космическая техника, Машиностроение, 1292 г, С.22-34.

5 В. I.Nigmalulin,0.1.Mel ikhoy, V.N.BllRkov.P. G. Gakal. The numerical investigation of hoiilffl flow instability in heated channel?. Paper presented at the IrUr national Syv>r>c>-posiwm on Instabilities in Multiphase Flows, Rouen, France, May 11-14,1092. P.8P-100.

6. В. I.Iligffiatulin, 0. I.Melikhov, V.N.iil.tnkov.P.G.Gakal„ . N. A. Brus. The experimental and numerical analyses of boiling Flow instability in parallel hoated channels. Paper presented at the International Conference on " New Trends in Nuclear System Thei mohydraulics". Vol.1, Pisa, Hay 30th-

- June 2nd, 1994, P. 77G-701.

SUMMARY

Gakal P.G. Modelling ol the heat exchange loops with a two-phase heat carrier for temperature control systems and power plants.

This thesis is a manuscript being submitted for a Candidate of Sciences Degree (Engineering) in the speciality 05.14.05 - theoretical heat engineering. Institute for problems in Machinery o{ the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov 1095.

Being defended tune 9 scientific works in which the method of modelling the ramified multi-element loops for heat transfer with the two-phase carrier has received ft further development effort. This method in essence is in the representation of the loop as an equivalent hydrodynamic and thermal circuits integration whose idealized elements inherit the properties or ! real systems. Mathematical models developed on the'basis of this method allow to solve two problems: calculation of the flow distribution and heat exchange in a two-phase loop (TPL) of a thermal control system(TCS) qf the international space station (I8S) "ALPHA" and the analysis of tjie flow stability of a two-phase heat carrier ui technological channels of power plants with reactors of the RBMK type. Theoretically calculated results allow to elaborate a complex of proposals directed to further improvement of functional characteristics of TRL TCS ISS "ALPHA" and insure flow stability of a two-phase heat carrier in an assembly of parallel stream generating channels.

АННОТАЦИЯ *

Гакал IT. ГМоделирование теплообменных контуров с двухфазным теплоносителем систем терморегулирования и энергоустановок.

Диссертация является рукописью, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.05 - теоретическая теплотехника Институт проблем машиностроения HAH Украины, Харьков, 1995.

Защищается 9 научных работ, в которых получил дальнейшее развитие метод моделирования разветвленных многоэлементных контуров теплойереноса с двухфазным теплоносителем. Суть метода замючается в представлении контура в виде эквивалентах сопряженных гидродинамических и тепловых цепей, идеализированные элементы которых несут в себе внутренне присущие свойства реальных систем. .На основе метода разработаны математические модели с помощью которых решено две. задачи: . расчет потокораспределения и теплообмена в двухфазном контуре (ДФК) системы* терморегулирования (СТР) международной космической станции (МКС) "АЛЬФА" и анализ устойчивости течения двухфазного теплоносителя в технологических каналах энергетических установок с реакторами типа РБМК. Получены раечетно-теоретические результат;..;, позволяющие выработать комплекс предложений, направленных на улучшение функциональных характеристик ДФК СТР МКС "АЛЬФА" и обеспечение устойчивости течений двухфазного теплоносителя в сборке г:араялельных парогенерирующих каналов.

; Кдюнозцдрва;

| теплообмш, теплообмшш ко.чтури, сйстема терморегулювання, двофазний теплоноеМ, хвиля густи»;! стшпсть