автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Закономерности, методы расчета и способы повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания в каналах ЯЭУ

ртв 0&

ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Домашев Евгений Дмитриева

ЗАКОНОМЕРНОСТИ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА И ВЫХОДНОГО ПАРОСОДЕРЖАНИЯ В КАНАЛАХ ЯЭУ

Специальность: 05.14.03 - Ядерныа энергетические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Одесса - 1994

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена в Институте технической теплофизики HAH Украины

1. доктор технических наук, профессор, чл-корр. АН Белару-

си КОЛЫХАН Л.И.

2. доктор технических наук, профессор СМОЛИН В.Н.

3. доктор технических наук, профессор БАРАНЕНКО В.И.

Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт атомного энергетического машиностроения (ВНИИАМ), г.Москва.^ ,,

Защита состоится Ис-^л-Ор^ 1994 года в на

заседании специализированного совета Д 05.06.02 в Одесском политехническом университете по адресу :

270044, г.Одесса, пр. Шевченко, 1, ОПУ, ауд. 504Х.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ОПУ.

Автореферат разослан

Ш- 1994г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 05.06.02

канд. техн. наук, доцент

Королев A.B.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Надежность и безопасность ЯЭУ в

значительной мере определяются теплофизическими процессами, протекающими в активной зоне Иными словами, глубина исследований теплообмена, гидродинамики, структуры однофазного и двухфазного потоков непосредственно обуславливают эксплутацион-ную надежность и безопасность работы ядерных энергетических установок. Наиболее объективная информация о сложных теплофизи-ческих процессах может бьггь получена на основе экспериментальных данных, а с усложнением изучаемых объектов (особенно в случае активной зоны ЯЭУ) такой подход становится весьма дорогостоящим, либо вообще невозможен.

Чрезвычайная трудоемкость и сложность такого подхода требуют проведения систематических комплексных исследований в самом широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров с обеспечением возможности математического моделирования сложных неравновесных процессов. Кропотливость предлагаемого пути и значительные затраты оправдываются перспективой разработки нового поколения высокофорсированного теплообменного оборудования (включая активную зону ЯЭУ), которое по надежности-и безопасности значительно превзойдет существующее. С другой стороны, наличие физических моделей сложных процессов позволит создать системы и средства контроля, диагностики и прогнозирования эксплуатационных и аварийных режимов работы реакторов, теплообменного оборудования и энергетических. установок в целом.

Работа выполнялась в соответствии с координационными планами Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика" на 1976-1980, 1981-1985, 1986-1999 г-г. (разделы 1.9.12.4, 1.9.1.3.3, 1.9.1.5.8, 1.9.1.11.1.2, 1.9.1.11.3.2), целевой комплексной научно-технической программой (Щ.001 "Создание новых и модернизация действующих энергоблоков с ядерными реакторами для производства электроэнергия, тепла и воспроизводства ядерного горючего" на 1986-1990 гт. (разд. (Щ.001.17, 0.Ц.001.02.75, (Щ.001.09.04, 0.Ц.001.08.05), Государственной (общеакадемической) программой фундаментальных исследований до 2000 г. "Коренное повышение

эффективности энергетических систем" (разд. 1.1.6, 7.15), решениями Координационных советов по теплофизике ЯЭУ и по динамике ЯЭУ ГК АЭ СССР; а также в соответствии с Постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР № 894-216 от 3.08.87, № 83 от 19.02.87, № 274 от 3.08.87, № 741-208 от 19.06.86, № 128 от 12.04Я6, № 1322 от 26.12.85, № 555 от 20.10.85, № 6 от 8.02.82 г. и ГК СССР по науке и технике № 150 от 11.04.75 г., №274 от 3.08.87 г. и посвящена решению важнейших социальных и народнохозяйственных задач.

В настоящее время работа продолжается согласно Постановлениям ГКНТ Украины № 52 от 18.06.93 г. (проект 05.21.01/333-93), №39 от 5.03.94 г. (проекты 05.21.01/10-94 и 05.21.01/22-94), Распоряжению Президиума НАН Украины № 8 от 3.12.90 г, а также по хоздоговорам с Госкоматомом Украины.

Цсмп. ря<Уугм состоит в глубокой теоретическом и экспериментальном исследовании законориерностей кризиса теплоотдачи при кипении в условиях вынужденного движения в каналах различной конструкции в стационарных и нестационарных реястгаых условиях с целью разработки методов расчета критической плотности теплового потока к выходного паросодержания и поиска путей повышения надежности и безопасности эксплуатационных режимов работы водоохлаясдаеиых ядерных реакторов.

ТТяучттяя врвизда работы заключается в следующем:

1. На основе глубокого теоретического анализа мирового, более чем

сорокалетнего опыта исследований кризиса теплоотдачи при кипении, а также на основе анализа систематических исследований, выполненных автором, показано, что перспективы применения х состояние исследований определяют актуальность разработки основ теории кризиса теплоотдачи при кипении и характеризуют ее как перспективное научное направленна

2. Впервые, благодаря универсальности используемых стендов, экспериментальных участков и методик, удалось выполнить комплексное систематическое исследование кризиса теплоотдачи при кипении в каналах в наиболее широком (в ряду последних отечественных и зарубежных исследований) диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров 8 стационарных и нестационарных условиях.

3. Впервые на основе единого подхода к анализу кризиса кипения в

условиях свободного и вынужденного течения, получены полуэмпирические расчетные зависимости, позволяющие с достаточной для практики точностью рассчитывать критическую плотность теплового потока и выходное паросодержавие в трубах, кольцевых каналах с наружный, внутренним и двухсторонним обогревом и пучках стержней в диапазоне изменения определяющих параметров, характерном для энергетических и транспортных водоохлаждаемых ядерных реакторов и широкого круга высокофорсированных теплообменяых аппаратов.

4. Впервые теоретически обосновано и выполнено комплексное систематическое исследование интенсификации теплообмена и повышения критической плотности теплового потока и выходного паросоДерясания в кольцевых каналах с внутренним, наружным и двухсторонним обогревом, в пучках стержней и трубах с различными турбулизирующими устройствами в виде нарезных, накатанных и вытравленных поперечных шпсроребер, проволочных навивок, продольных миногозаходных цельных и прерывистых дистанционирующих ребер, песочной шероховатости, и приварных мелкоячеистых сеток, расположенных на обогреваемых и необогреваемых поверхностях парогенерирующих каналоа

5. Впервые предложены эмпирические расчетные зависимости для . прогнозирования возможного повышения критической плотности

теплового потока и выходного паросодержания в каналах с микрооребрением теплоотдающих или нетеплоотдающих поверхностей.

6. Исследования, выполненные в нестациоонарных режимных условиях, впервые показали возможность увеличения времени до наступления кризиса в каналах с интенсификаторами теплосъема, когда перед нанесением возмущения существовал дисперсно-кольцевой режим течения.

разработке научных основ теории кризиса теплоотдачи при кипении в условиях свободного и вынужденного течения. Большой объем экспериментальных данных, полученных в наиболее широком (среди отечественных и зарубежных исследований ) диапазоне изменения

результатов работы состоит в

определяющих параметров, способствует развитию и корректировке существующих представлений о физике исследованных явлений и будет служить основой для разработки более совершенных физических моделей и расчетных рекомендаций для теплообмена и гидродинамики в парогенерирующих каналах. Полуэмпирические зависимости для расчета критической плотности теплового потока и выходного паросодернсания широко используются и внедрены в Руководящие технические материалы РТМ 103.031.05-84 и в Методические указания РД (Руководящие документы) 24.035.05-89 "Тепловой и гидравлический расчет теллообменного оборудования АЭС".

Работа выполнялась в контакте (и при частичном финансировании) с такими организациями, как ИАЭ им. Курчатова, НИКИЭТ, ФЭИ, ОКБ Ш, ОКБМ (гХорький), ВНИИ АЭС, ВНИИ AM и др., результаты работы внедрены в этих организациях, а также переданы в Центр теплофизических данных ГК АЭ Минатомэнерго РФ (ФЭИ), в банки данных НИКИЭТ и ИАЭ и используются для разработки новых методик теплогидравлического расчета транспортных ЯЭУ, а также для верификации и идентификации расчетных програм.

Результаты комплексных экспериментальных исследований интенсификации теплообмена использрованы при разработке новых приоритетных отечественных транспортных ЯЭУ и имеют широкую перспективу использования в новых энергетических реакторах с целью повышения их мощности, экономичности, надежности и безопасности.

Следует отметить, что ИТТФ HAH Украины обладает одной из лучших общепризнанных научных н экспериментальных школ в области кипения, кризиса кипения и интенсификации теплообмена и был определен головным по п.1.1.6 "Теплообмен и гидродинамика в различных высокотемпературных энергетических (в т.ч. атомных) установках" к п.7.1.6 "Выполнение НИР по созданию технических средств и систем важных для безопасности АЭС" Государственной (общеакадемической) программы фундаментальных исследований на период до 2000 г. "Коренное повышение эффективности энергетических систем".

ДрстоверЕОРть получрнтпдх результатов обеспечивается тщательной проработкой и постоянным совершенствованием методик исследования, использованием современного оборудования и изме-

ригельной техники, постоянным обменом опытом с организациями, ведущими аналогичные исследования, автоматизацией эксперимента и обработки опытных дяит^гг, проведением большого количества тестовых экспериментов, сравнением полученных результатов с известными в том же диапазоне параметров. В 1981 г. ИТТФ АНУ был одной из десяти организаций бывшего СССР, участвовавшей в Контрольном эксперименте по кризису кипения в трубах, проводимом Координационным советом ш» теплофизике ЯЭУ ГК АЭ СССР. Тепло-гидравлические стенды ИТТФ были эксп ертированы девятью ведущими теплотехническими организациями СССР (ИАЭ, НИКИЭТ, ФЭИ, ИВТАН, ОКБМ, ВНИИ АЭС, ВТИ, НПО ЦКТИ, ИЯЭ АН БССР).

Личное участий автора в пплугетго ттаутют результатов. Работа выполнялась в 1965-1993 лг. Автор начал свою работу с создания первых стендов и прйшел путь от молодого специалиста до заведующего отделом. Работы выполнялись по инициативе и под руководством автора. На первых этапах научным руководителем и консультантом автора был академик АН Украины Толубинский В.И., светлой памяти которого и посвящена диссертация.

Непосредственное участие автора в получении научных результатов состояло в следующем:

• руководство и участие в теоретической проработке поставленных задач;

• руководство и участие в анализе полученных результатов и разработке расчетных рекомендаций;

• внедрение полученных результатов и их обсуждение с представителями других научных школ в этой области;

• руководство и участие в определении и подготовке материалов для публикаций, конференций, семинаров, совещаний и др.

Все работы по подготовке публикаций, представленных в соавторстве, выполнялись соискателем в форме равноправного партнерства. Соискатель был инициатором и равноправным соавтором всех публикаций, докладов и заявок на изобретения. Личный вклад соискателя в создание изобретений определен справками о творческом участии соавторов. Фамилии соавторов представлены в списке публикаций

Апробация_работы. Основные результаты диссертационной

работы доложены и обсуждены на 6 международных, 12 всесоюзных, 4 республиканских и более, чем на 40 отраслевых конференциях и семинарах, в том числе с 1980 г. практически ежегодно результаты работы в виде докладов и сообщений докладывались на отраслевых семинарах "Теплофизика ЯЭУ* (ФЭИ), "Динамика ЯЭУ" (ИАЭ), "Судовые установки" (г.Севастополь), "Теплофизические процессы в системах безопасности АЭС" (МЭИ) и др. Принципиальные аспекты работы докладывались на Секции тепломассообмена Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", на заседаниях бюро Отделения физико-технических проблем энергетики АНУ, на заседаниях Научного совета АН СССР по волновой механике (преде, акад. А Л Александр ов), та научных семинарах в ИАЭ им. Курчатова, ВНИИ АЭС, ВНИИАМ, НПО ЦКТИ, ИЯЭ АН БССР. Некоторые положения работы использованы в ряде монографий и учебников.

Публика прго. Материалы диссертационной работы изложены в 105 публикациях, в том числе - 10 авторских свидетельствах и 37 спецотчетах.

СХгыра Диссертация состоит из 12 г.рав, условных

обозначений и 176 рисунков, изложенных ва 389 страницах, включая введение, анализ состояния вопроса и задачи исследования (первая и вторая главы), заключение и список литературных источников (406 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

йо ww^mm И ятгаэтстр мртоитя дппроги и яалачах ис-глрдгтятгия (главы 1 и 2) дава краткая характеристика состояния исследований, показана их актуальность и перспективность. Сформулированы задачи исследований. Показано, в частности, что, несмотря ва большое количество отечественных работ по кризису кипения в каналах, пока нет необходимого понимания многих внутренних механизмов данного явления. Не лучше ситуация и за рубежом.

Анализ большого количества экспериментальных данных и их сравнение с наиболее распространенными в отечественной и зарубежной практике расчетными зависимостями, выполненный автором,

показал существенные расхождения расчетных методик с экспериментальными данными (рис.1,3).

Такое положение подтверждает правильность ориентации автора на выполнение комплексного систематического исследования кризиса теплоотдачи при кипении в каналах различной конструкциям в стационарных и нестационарных режимных условиях

Третья глава посвящена анализу причин расхождения экспериментальных данных, обоснованию, разработке и созданию методик исследования, описанию стендов и рабочих участков. Показано, что, несмотря на огромное наследие в области изучения проблемы кризиса кипения, экспериментальные и теоретические исследования в этой области продолжаются. Это объясняется тем, что кризис теплоотдачи при кипении оказался сложным, трудоемким и трудномоделируемым явлением.

Анализ, выполненный автором, показал, что расхождения экспериментальных данных по критическим плотностям теплового потока в каналах, полученных у вас и за рубежом, носят, как правило, количественный характер. Они вызваны, в основном, особенностями методик проведения эксперимента и способами представления данных, а также способами фиксации кризиса, отсутствием контроля гидродинамической устойчивости в каналах и наличием эксцентриситета, который появляется в процессе изготовления, монтажа и эксплуатация тепловыделяющих сборок

Следует прежде всего отметить статистический характер как процесса кипения 8 целом, так и кризиса теплоотдачи при кипении. Поэтому, даже в условиях свободного движения опытные данные по критическим плотностям тепловых потоков характеризуются разбросом от ±10% до ±20% а при низких давлениях и более (ряс.1а).

Анализ большого количества данных затруднен и тем, что в формулировке самого понятия "критический тепловой поток" имеется некоторая неопределенность.

Неясность вносит игнорирование различной природы ухудшения теплообмена при кипении. Иногда смешиваются понятия так называемых кризисов "первого" и "второго" рода, а также кризиса орошения, подчиняющиеся разным закономерностям.

Расхождения экспериментальных данных по критическим плотностям тепловых потоков в каналах, полученных на различных

стаидах, известны давно и анализировались многими исследователями. Одна из причин количественной и качественной неоднозначности результатов - это появление пульсаций давления и расхода в экспериментальном участке, приводящих к значительному снижению тепловых нагрузок. Природа появления пульсаций изучена недостаточна Результаты, полученные в условиях пульсационных режимов на одних стендах, не всегда повторялись на других.

Все эти сведения были проанализированы и использованы автором при проектировании и создании экспериментальных стендов и около двухсот типо-размеров экспериментальных участков (например, рис. 4-8, 12-15). Кризис теплоотдачи при кипении в каналах различной геометрии (трубы, кольцевые каналы, пучки стержней), различной длины, с различными гидравлическими и обогреваемыми диаметрами, с эксцентриситетом и интенсификаторами теплосъема, с наружным, внутренним и двухсторонним обогревом и тл. исследуется на многоцелевом универсальном теплогидравлическом стенде высокого (до 23 МПа) давления, электрической мощностью около 2 МВт, с двумя контурами для малых (от 50 до 500 кг/час) и больших (до 10 т/час) расходов (рис.4). Стенд оснащен современным оборудованием и контрольно-измерительными приборами (рис.5). Системы автоматического сбора и регистрации получаемой информации имеют выход на управляющий измерительно-вычислительный комплекс ИВК-8 с ЭВМ СМ-3 и на персональные компьютеры

Кроме современной аппаратуры, выпускаемой отечественной промышленностью, на стенде используются и разработанные под руководством автора датчики перепада давления, термопарные усилители, компенсационные измерители температуры и давления, детекторы кризиса кипения и др. { 13-16, 20-23, 25,28].

Анализ причин расхождения экспериментальных данных и учет этих причин в экспериментальной практике позволили автору впервые выполнить комплексное систематическое исследование закономерностей кризиса теплоотдачи при кипении в наиболее широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров различных каналов - трубы, кольцевые каналы (с наружным, внутренним и двухсторонним обогревом, с эксцентриситетом и интенсификаторами теплосъема) к пучки стержней - в стационарных и нестационарных режимных условиях.

Р четвертой главе анализируются различные подходы к решению проблемы кризиса теплоотдачи при кипении в условиях свободного движения При этом рассматриваются два основных подхода и вытекающие из них две физические модели. Первый подход основан на том, что характерная для пузырькового кипения высокая интенсивность теплообмена сохраняется до тех пор, пока вследствие увеличения тепловой нагрузки не будет достигнуто некоторое предельное заполнение (заселенность) поверхности нагрева паровыми пузырями - предельное паросодержание двухфазного пристенного слоя. Критической плотности теплового потока соответствует некоторое предельное число действующих на поверхности нагрева центров парообразования.

Обобщенная зависимость для критической плотности теплового потока впервые получена ГЛ.Кружилиным на основе теории подобия и по существу в соответствии с первым подходом к проблеме. Другие зависимости на основе этого же подхода были предложены позже (Розенов, Гриффите я др.). В последние годы заслуживают внимания работы В.В.Ягова - сторонника первого подхода. Гидродинамическая модель кризиса теплоотдачи, при кипении, основанная на втром подходе к решению проблемы, была предложена С.СКутателадзе. Полученная им обобщенная зависимость для определения с^рх содержит найденный из опытов числовой коэффициент, значение которого колеблется от 0.09 до 0.20. При этом достигается обобщение опытных данных по Чкр1 Д®* многих жидкостей. Однако, для некоторых жидкостей, в том числе для жидких металлов, эта зависимость не дает удовлетворительных результатов. **

Не останавливаясь на рассмотрении других подходов и всех предложенных соотношений (некоторые из них представлены на рис.1), можно заметить, что общим недостатком большинства работ по определению величины Якр! является игнорирование факта периодичности процесса пузырькового кипения: В работах, где предлагается учет средней скорости роста паровых пузырей, не были учтены все главные, влияющие на процесс факторы.

Развитый в ИТТФ АНУ в школе академика АНУ В.ЛТолубин-ского подход к решению этой сложной проблемы заключается в том, что обе главные задачи теории теплообмена при кипении - определение интенсивности теплообмена и критической плотности теплового

потока ЯкР1 - решаются на единой основе (Толубинский BJKL Теплообмен при кипении. - Киев: Наукова думка. - 1980. - 314 с).

Концепция основывается на первом подходе. И это представляется естественным и правомерным. Поскольку ставится задача о кризисе теплоотдачи при оузырысовом кипении, то следует исходить из факта существования кипения.

Исходя из этих представлений, обобщенная зависимость для нахождения qjcpl при кипении насыщенных жидкостей в условиях свободного движения получена па общей основе из уравнения подобия процесса пузырькового кипения, учитывающего специфическую особенность этого процесса - его периодичность:

Несмотря на ограниченность имеющихся данных об отрывных диаметрах с1о и частотах отрыва {, удалось получить удовлетворительное приближенное решение задачи о Чкр при кипении разных жидкостей, в том числе и металлических. В качестве примера на рис.1 представлены обобщения по дкр дам воды. Это дает основания автору считать, что предложенный метод правильно отражает физические закономерности процесса и влияние на с^р основных определяющих факторов, и использовать в дальнейшем уравнение 4.1 для обобщений в условиях вынужденного движения в каналах.

Пят^я улана посвящена исследованиям кризиса теплоотдачи при кипении в кольцевых каналах. Показано, что кольцевые каналы нашли широкое применение в транспортных ЯЭУ ввиду оптимальных конструктивных особенностей. Автором проанализированы все известные экспериментальные данные по ^кр в кольцевых каналах. Несмотря на обилие этих данных, обнаружены их существенные расхождения.

Анализ этих расхождений определил необходимость проведения комплексного систематического исследования закономерностей кризиса в кольцевых каналах в условиях одностороннего наружного, внутреннего и двухстороннего обогрева кольцевых каналов в широком диапазоне изменения режимных ( Р = 5-20 МПа, рФ** 50-5000 кг/м2с, х - от возможных глубоких недогревов до граничных паросодержаний

(4.1)

и более) и геометрических параметров (1<>б = 50-1000 мм, dэ = 1-8 мм, (^б - 6-40 мм). Такое комплексное исследование выполнено впервые.

Наличие необходимого экспериментального массива, контрольных экспериментов, выполненных на масштабных экспериментальных участках, аналогичных исследованиям, выполненным в ведущих организациях (ФЭИ, НИКИЭТ, ЭНИН, ВТИ и др.), а также анализ сопоставимых и несопоставимых отечественных и зарубежных данных позволили автору выяснить влияние на якр в кольцевых каналах основных определяющих факторов (рис2,9,10,11). Результаты этих исследований широко опубликованы.

При обосновании обобщенной зависимости для критической плотности теплового потока в условиях вынужденного движения в кольцевых каналах ¿втор использовал представления о предельной плотности действующих центров парообразования. В основу расчетной зависимости положена формула для определения <1нр при свободной движении. Для учета более сложных условий задачи при вынужденном движении эта формула дополнена эмпирическими поправками, учитывающими влияние массовой скорости, относительной энтальпии, давления к геометрических характеристик кольцевых каналов:

,0.3$

(Я

0.72

ол

1-0.06(р\У)

"Ш

Мвт С5-1)

м

где* =0.67 +

' 22.1-р

Диапазон применения соотношения (5.1): односторонний

внутренний и наружный, двухсторонний обогрев; Р = 5-20 МПа; pW =

200-5000 кг/м2с; Л < х^ ; = 100-2000 мм; с1э » 1-8 мм; = 6100мм.

С помощью этого соотношения проанализировано и обобщено свыше 20 тысяч опытных точек по <1кр в кольцевых каналах, полученных автором и другими отечественными и зарубежными исследователями (риаЗа, 24 а,б,в).

В глав«» шестой показано, что причиной наиболее существенных количественных расхождений опытных данных по с^р в каналах служит нарушение геометрии проточной части кольцевых и стержневых сборок, т.е. неконтролируемый эксцентриситет, появляющийся в процессе их изготовления, монтажа и эксплуатации.

Исследования, выполненные автором, показали, что обстановка в кольцевых каналах с эксцентриситетом, где наряду с тепловой и гидродинамической неравноценностями по сечению и длине (d3, log) имеются широкая и узкая части кольцевого канала, существенно сложнее, чем в концентричных каналах. В результате совместного воздействия параметров потока в широкой и узкой частях кольцевого зазора критическая плотность теплового потока резко снижается с увеличением эксцентриситета (рис.11). Наиболее сильное снижение qKp (в несколько раз) происходит в области недогревов, что можно объяснить слабым тепломассообменом между широкой и узкой частями. При увеличении эксцентриситета (близко к касанию поверхностей) влияние режимных параметров на <Ьф ослабевает.

Однако в каналах с эксцентриситетом, отличающимся от полного касания, влияние режимных и геометрических параметров на <1кр проявляется более резко, чем в концентричном канале. Так, например, с увеличением обогреваемой длины а канале с эксцентриситетом не происходит тепловой и гидродинамической стабилизации патока теплоносителя и влияние длины на qKp в отличие от концентричного канала проявляется практически во всем диапазоне ее изменения (рис.11а). В концентричных кольцевых каналах увеличение массовой скорости в области малых паросодержаний практически не приводит к увеличению дкр, а в каналах с эксцентриситетом положительное влияние скорости наблюдается и в области паросодержаний [ 8,9,17 1

Исследования автора показали, что попытка оценить влияние эксцентриситета при помощи локальных характеристик потока узкой части кольцевой щели, рассматривая движение потока в виде отдельных независимых струй (Леви), несостоятельна. Увеличение широкого зазора при постоянном узком зазоре (увеличение d3 кольцевого канала) значительна улучшает теоломасообмен в эксцентричном кольцевом канале (увеличивая q«p ) даже в области больших недогревов (рис.116).

Анализ полученных экспериментальных данных позволил автору предложить эмпирическую зависимость для прогнозирования возможного вредного влияния на Чхр эксцентриситета кольцевой щели, Хорошо обобщающую собственные данные автора, а также немногочисленные данные других исследователей (ри&24в):

<« «С

где - критическая плотность теплового потока в

концентричных кольцевых каналах.

Диапазон применимости ф-лы (6.1) соответствует диапазону зависимости 5.1 0<е<1.

Глглш» посвящена анализу и уточнению закономерностей

кризиса кипения в пучках стержней. Отмечено, что стержневые тепловыделяющие элементы получили широкое применение в отечественных и зарубежных конструкциях энергетических и транспортных реакторов. Большое разнообразие внутреннего устройства пучков, различие в способах диставционировакия стержней, многообразие условий входа теплоносителя и другие особенности пучков делают задачу разработки методов расчета критических характеристик в пучке достаточно сложной (11,26,39,51,55 ].

Показано, что данные по кризису теплоотдачи в пучках стержней, полученные отечественными учеными В Л.Субботиным с сотрудниками, ИТАладьевым с сотрудниками, ПЛ.Кирилловым с сотрудниками, ВЛ.Смолиным, В.СОсмачкиным, ИДДубровским и многими другими охватывают широкий диапазон изменения режимных и конструктивных параметров. Однако все эти данные разрозненные, выполнены без координации и, в основном, несопоставимы по отдельным параметрам, что затрудняет их анализ [ 11,39,55 ).

Основные закономерности влияния на с&р режимных параметров в пучках стержней аналогичны закономерностям в кольцевых каналах.

Анализ наиболее распространенных расчетных соотношений, выполненный авторш, показал их неудовлетворительную сопостави-

1-0.5803*0

Мшг №1)

м

мость как с экспериментальными данными, так и между собой при расчете одинаковых конструкций пучков при одинаковых режимных параметрах (рис.36). Общим существенным недостатком многих предложенных расчетных соотношений является то, что основу их составляют, как правило, расчетные зависимости или общие представления о Чкр Для круглых труб.

Используя всесторонний анализ отечественных и зарубежных исследований, собственные контрольные данные по <}кр в семи-стержневой сборке, и учитывая подобие гидродинамики потока, омывающего внутренний стержень в кольцевом канале, и гидродинамики при смывании стержней в пучках, а также огромный массив собственных опытных данных к представлений о <]кр в кольцевых каналах, автор предлагает следующие полуэмпирические соотношения для расчета чкр в пучках стержней:

1. При обогреваемой длине пучка стержней /„ й 2500 юг

где: <1г - гидравлический, а йх - тепловой диаметры, п -количество стержней.

2. При обогреваемой дайне пучка стержней /„, > 2500 мм:

Диапазон изменения режимных параметров соответствует диапазону зависимости (5.1), 1об " 50-6000 мм, а « 7-37, <1об ж 5'20 мм.

С помощью этих соотношений удовлетворительно обобщены собственные и да^иу» других отечественных и зарубежных авторов (рисЗ б; 19).

Воротя глям посвящена некоторым особенностям кризиса кипения в трубах, выявленных в результате выполнения Всесоюзного контрольного эксперимента. Отмечено, что наибольшее количество

экспериментальных данных по кризису теплоотдачи при кипении в условиях вынужденного движения в каналах получено в трубах В изучении этой проблемы следует отметить большие заслуги отечественных исследователей БАЛенкевича, ВЛ.Смолина, ЗЛМиро-польского, АЛОрнатского и др., заложивших основы представлений о Охр в условиях вынужденного движения.

Основные закономерности влияния режимных параметров на яКр в трубе качественна совпадают с такими же закономерностями в кольце-вых каналах (рис.17,18). Исключение составляет влияние давления. Зависимость Чкр(Р) в трубах имеет максимум в районе 2 МПа и поэтому данные, полученные в трубах, нельзя напрямую переносить на кольцевые каналы и пучки стержней, имеющие максимум Якр(Р)> перемещающийся в зависимости от режимных параметров и геометрических размеров от 1/3 до 2/3 Ркр (рис5).

Несмотря на огромное количество экспериментальных работ по кризису кипения в трубах, удовлетворительной обобщающей зависимости для <Ьф, пригодной в широком интервале изменения определяющих параметров, пока нет (риоЗ в) В связи с этим Координационным советом по теплофизике ГКАЭ в 1981 г. было решено провести контрольный эксперимент, в котором участвовали десять ведущих организаций бывшего СССР, в том числе и ИТТФ АНУ. Анализ результатов контрольного эксперимента показал, что опытные данные каждой организации статистически однородны, их разброс находится в пределах погрешностей эксперимента. Различие данных рааич* пргяттпяттА превышает погрешности измерений. Таким образом, причинами отклонений могут являться только различия, в методиках эксперимента (разные схеим стендов, не фиксируемые неустойчивости потока, неточности поддержания параметров и тли). Влияние этих факторов невозможно ни полностью учесть, ни внести какие-либо поправки в результаты экспериментов. Тем не менее для практики необходимы определенные рекомендации для расчетов <ьср.

В настоящее время рабочей группой (в которую входит и автор) Координационного совета по теплофизике закончена работа по созданию новых скелетных таблиц. Тем не менее, скелетные таблицы представляют усредненные значения с^р в трубах и не отражают физических закономерностей процесса. Поэтому автор на основе

собственных данных, данных Контрольного эксперимента и вчрлнза данных, полученных ранее ВЛСмолиным, Б-А-Зенкевичем и др., учитывая сходство гидродинамической обстановки на внешней поверхности кольцевого канала и в трубе, получил полуэмпирическое соотношение для <&р в трубе, хорошо согласующееся с экспериментальными данными (рис.3 в; 16):

1. Для труб длиною меньше 1000 мм:

2. Для труб длиною больше 1000 мм: <£ = 0.26 •

Диапазон изменения режимных параметров соответствует диапазону зависимости (5.1), (¡об в 4-25 мм, 1об = 50-6000 мм.

В_гляяр в результат« выполнения многолетнего

комплексного исследования доказана возможность повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания в каналах. •

До выполнения настоящего исследования наиболее изученной областью интенсификации теплообмена была область конвективного теплообмена при течении однофазного теплоносителя. Исследования двухфазных потоков и методов повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания носили поисковый характер, не систематизированы, а полученные результаты противоречивы. Подробный анализ этих результатов автором представлен в [12,18,19,27,29,35 ].

Обладая огромными массивами данных о (}хр в различных гладких каналах, автором впервые было обосновано и выполнено комплексное систематическое исследование по изучению методов

интенсификации теплообмена и повышения Якр и хф в кольцевых каналах с внутренним, наружным и двухсторонним обогревом, в пучках стержней и трубах с различными турбулизирующими устройствами в виде нарезных, накатанных и вытравленных

поперечныэс микроребер, проволочных навивок, продольных многозаходных целышх и прерывистых дистанционируюгцих ребер, песочной шероховатости и приварных мелкоячеистых сеток, расположенных на обогреваемых и веобогреваемых поверхностях па регенерирующих каналов (рис.12,13,15).

Полученный многотысячный массив экспериментальных данных показал, что применение микрооребрения способствует не только интенсификации теплообмена и значительному повышению тепло-съема, но и повышению тепловых потоков, при которых начинается кипение В. каналах с интенсификаторами теплосъема характерные для гладких поверхностей предкризисные пульсации температуры, давления и расхода, как правило, исчезают, теплообмен и гидродинамика характеризуются большей устойчивостью, а кризис кипения протекает значительно мягче. Исследования выполнены на приоритетном уровне, защищены авторскими свидетельствами и широко опубликованы, причем, наиболее информативная часть публикаций переведена за рубежом [ 16,35,41 \

Анализ полученных результатов помог автору предложить следующие эмпирические формулы для прогнозирования возможного

повышения Чкр и 1т, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными (рис.13,14,19,24 г,е):

1. Кольцевые каналы с интенсификаторами теплосъема на веобогреваемых поверхностях:

2. Кольцевые каналы с микроребрами на обогреваемых поверхностях:

1 +

8 Б

где Ь-высота; £3-шаг микрооребрегаш в им — = 10 + 50 для

(9.1Н9-4).

3. Пучки стержней с микроребрами на обогреваемых стержнях:

<с~<сг

1 + 6.5х

где й- наиболее узкий зазор в пучке стержней. 4. Трубы с микроребрами:

Диапазон применимости формул (9.1), (9.2), (9.3) и (9.4) соответствует применимости формул (5.1), (7.1), (7.2), (8.1) и (8.2).

В сборках стержней с винтовым дистанцшнирующим оребре-нием, где использование поперечного микрооребрения невозможно, интенсификаторами теплоеьема могут служить дистанционирующие ребра. Что касается гидравлической эффективности, то с учетом накопленного автором опыта весьма перспективно применение прерывистого винтового оребрения. Для обоснование этой концепции были поставлены эксперименты на ряде плотноупакованных стержневых сборок с различными вариантами дистанционирующего оребрения с касанием стержней "ребром по ребру": продольного, зигзагообразного, сплошного винтового и прерывистого винтового с варьированием параметров оребрения. Исследовалась сравнительная эффективность оребрения с точки зрения обеспечения устойчивого перехода в область закризисного теплообмена при температурах поверхности имитаторов не выше 550-580^(1 По аналогии с результатами экспериментов на каналах, в плотноупакованных стержневых сборках получен существенный положительный эффект при использовании прерывистого винтового оребрения. Такое о ребре кие позволило заметно увеличить кризисные параметры, стабилизировать теплощдравлшсу потока. Стабилизация закризисных режимов

теплоотдачи позволила достичь паросодержания на выходе из пучка стержней х> 0.7, а в кольцевых каналах х>1.5 (рис.20,21) [ 49

Для выполнения этой работы разработан и освоен ряд способов и технологий получения микрооребрения теплоотдаклцих поверхностей (сваркой, пайкой, накаткой, выдавливанием, скручиванием, электрохимическими методами и др.). В результате появилась возможность выхода на новый, никем не освоенный уровень интенсификации теплообмена, заключающийся в изменении геометрии оребрения вдоль канала с целью поддержания оптимальных условий тепломассообмена по всей длине канала.

В главе десять представлен анализ и результаты систематического экспериментального исследования кризиса теплоотдачи при кипении в нестационарных режимных условиях, выполненного впервые. Отмечено, что экспериментальные исследования кризиса теплоотдачи при кипении в условиях нестационарных режимов, важные для изучения диагностических признаков различных аварийных ситуаций, а также для осуществления ускоренного пуска и останова реактора, малочисленны и носят поисковый характер. Это объясняется не только большой трудоемкостью и стоимостью таких работ, но и существенными методическими трудностями.

Автором впервые поставлено комплексное исследование кризиса .теплоотдачи в* нестационарных режимных условиях в трубе (с гладкой стенкой и с поперечный никрооребрением), в кольцевом канале (с прерывистой проволочной навивкой и в условиях двухстороннего подвода тепла) и в плотноупакованном семистержяевом пучке (со сплошной и прерывистой навивкой). Возмущения по тепловой нагрузке достигались изменением тока возбуждения генератора постоянного тока, а расхода - отключением циркуляционного насоса. Методика была хорошо отлажена [ 21,28,43,44,48 ], а основной величиной считалось время до возникновения кризиса кипения, измеряемое в эксперименте по осциллограмме от начала переходного процесса до резкого увеличения температуры стенки в кризисном сечении (рис.22,23).

Опыты показали, что дополнительная турбулизация тонкого пристенного слоя способствует повышению кризисного паросодер-жания в разной степени в зависимости от структуры двухфазного потока. Таким образом, впервые обнаружена возможность увеличения

времени до наступления кризиса теплоотдачи в каналах с интенсификаторами теплосъема. В кольцевом канале с прерывистой проволочной навивкой получено более высокое выходное паро-содержание, чем в гладких микрооребренных трубах перед нанесением возмущения по расходу. Прерывистое оребрение позволило не только увеличить критическое пара содержание, но и осуществить переход к захризисному режиму теплоотдачи при значительна меньшем темпе роста температуры стенки в месте кризиса, Кроме того, канал устойчиво работал в закризисвой области параметров, т.е. в режиме прямоточного парогенераторе.

В экспериментах, полученных на плотноупакованной стержневой сборке с прерывистыми дистанционирукнцими винтовыми ребрами, обнаружено существенное увеличение времени до наступления кризиса после наложения возмущения по расходу по сравнению не ' только с гладкими, но и с шероховатыми трубами и кольцевыми каналами {43,44,47,48,51,52,56 ].

Таким обрезом, полученные результаты открывают новые дополнительные возможности путей интенсификации теплообмена повысить безопасность, надежность и теплофизическую эффективность активной зоны ядерных энергетических и транспортных реакторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложены результаты многолетних комплексных теоретических и экспериментальных исследований автора, посвященных изучению фундаментальных физичесхих закономерностей такого сложного процесса, как кризис теплоотдачи при кипении, с целью разработки научных основ теории кризиса кипения в условиях свободного и вынужденного течения. На основе глубокого теоретического анализа мирового, более, чем сорокалетнего опыта исследований кризиса теплоотдачи при юшеяин, в основном, применительно к ЯЭУ, а также анализа систематических исследований, выполненных автором, можно сделать следующие выводи:

1. Перспективы применения и состояло« исследований определяют актуальность разработки основ теории кризиса теплоотдачи при кипении с целью создания научно обоснованных инженерных

методов расчета для различных типов и условий работы высокофорсированного тешюобменного оборудования (в т.ч. водоохлаж-даемых ядерных реакторов), рационального планирования объема и содержания научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, что характеризует теорию кризиса теплоотдачи при кипении как перспективное научно-техническое направление.

2. Впервые, благодаря универсальности используемых стендов, экспериментальных участков и методик, удалось выполнить комплексное систематическое исследование кризиса теплоотдачи при кипении в каналах в наиболее широком (в ряду последних отечественных и зарубежных исследований) диапазоне изменения конструктивных и режимных параметров в стационарных и нестационарных условиях. Получено свыше тридцати тысяч экспериментальных точек по <1кр. что позволило определить основные закономерности кризиса кипения в условиях вынужденного течения. Большой объем экспериментальных данных, полученных в различных каналах и условиях, способствует развитию и корректировке существующих представлений о физике исследуемых явлений и будет служить основой для разработки более совершенных физических моделей и расчетных рекомендаций для теплообмена и гидродинамики в парогене-рирующих каналах Результаты исследований внедрены в Центр теплофизических данных Минатомэнерго РФ, банки ИАЭ,

никиэт, сэв.

3. Впервые на основе единого подхода к анализу кризиса кипения в

условиях свободного и вынужденного течения, получены полуэмпирические расчетные зависимости, позволяющие с достаточной для практики точностью рассчитывать критическую плотность теплового потока и выходное паросодержание в трубах, кольцевых каналах с наружным, внутренним и двухсторонним обогревом и пучках стержней в диапазоне изменения определяющих параметров, характерном для энергетических и транспортных водоохлаждаемых ядерных реакторов и широкого круга высокофорсированных теплообменных аппаратов. Использование в расчетных зависимостях уравнения подобия ВЛТолубинского для кризиса в условиях свободного движения (удовлетворительно обобщающего данные по кризису для широкого круга жидкостей)

позволяет использовать эти зависимости для прогнозирования кризисных условий при вынужденном течении других жидкостей. Полученные расчетные зависимости хорошо апробированы, широко используются и внедрены в Руководящие технические материалы РТМ 108.031.05-84 и в Методические указания РД (Руководящие документы) 24.035.05-89 "Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС"

4. Впервые теоретически обосновано и выполнено комплексное систематическое исследование интенсификации теплообмена и повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания в кольцевых каналах с внутренним, наружным и двухсторонним обогревом, в пучках стержней и трубах с различными турбулизирующими устройствами в виде нарезных, накатанных и вытравленных поперечных микроребер, проволочных навивок, продольных многозаходных цельных и прерывистых дистанционирующих ребер, песочной шероховатости и приварных мелкоячеистых сеток, расположенных на обогреваемых и необо-греваемых поверхностях парогенерирующих каналов. Исследования выполнены на приоритетном уровне, защищены авторскими свидетельствами и широко опубликованы, причем, наиболее информативная часть публикаций переведена за рубежом. Анализ данных по интенсификации теплообмена показал, что применение микрооребрения способствует не только интенсификации теплообмена и значительному теплосъему, во и повышению величин тепловых потоков, при которых начинается кипение. В каналах с интенсификаторами теплосъема характерные для гладких поверхностей предкризисные пульсации температуры, давления и расхода, как правило, исчезают, теплообмен и гидродинамика характеризуются большей устойчивостью, а кризис кипения протекает значительно мягче.

5. Впервые предложены эмпирические расчетные зависимости для

прогнозирования возможного повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания в каналах с микроорберением теплоотдающих или нетепл ост дающих поверхностей. Наличие интенсифик&торов теплосъема в канале приводит к потерям энергии на прокачку теплоносителя, однако применение интенсмфшсаторов для повышения <1кр намного

эффехтивнее повышения кассовой скорости во всей циркуляционной системе, тем более, что в области паросодержаний увеличение массовой скорости уже не приводит к повышению <11ф. Учитывая, что влияние интенсификаторов теплоеьема в различных режимах течения различно, разработанные и освоенные „способы и технологии получения микроореб рения тепло-отдающих поверхностей (сваркой, пайкой, накаткой, выдавливанием, скручиванием, электрохимическими методами и др.) позволяют выйти на новый (защищенный авторскими свидетельствами), никем не освоенный уровень интенсификации теплообмена, заключающийся в изменении геометрии оребрения вдоль канала с целью поддержания оптимальных условий тепломассообмена по всей длине канала.

6. На примере анализа и осуществления различных подходов к

решению проблемы кризиса теплоотдачи при кипении и повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания доказана возможность моделирования сложных теплогидравлических процессов на уменьшенных моделях, что позволяет существенно расширить диапазон исследования различного сложного теплообменного оборудования (включая активную зону ЯЭУ) с целью создания надежных автоматизированных систем контроля, диагностики и прогнозирования аварийных режимов работы этого оборудования.

7. Исследования, выполненные в нестационарных режимных усло-

виях, впервые показали возможность увеличения времени до наступления кризиса в каналах с интенсификаторами теплоеьема. Наличие интенсификаторов теплоеьема позволяет не только увеличить критическое паросодержаяие, но и осуществить переход к закризисному режиму теплоотдачи при значительно меньшем темпе роста температуры стенки, чем в стационарных режимах, что открывает новые дополнительные возможности путем интенсификации теплообмена повысить безопасность, надежность и теплофизическую эффективность ЯЭУ.

8. Выполненное комплексное исследование позволило впервые установить причины количественного и качественного расхождения экспериментальных данных разных авторов по критическим

шютносгям теплового потока. Тем самым созданы условия для создания надежной экспериментальной базы с целью разработки рекомендаций по Якр для еще неисследованных режимов. С этой целью под руководством автора разработан, создан и постоянно совершенствуется универсальный многоцелевой теплогидравли-ческий стенд высоких параметров, оснащенный современным оборудованием, измерительной и вычислительной техникой, позволяющими выполнять комплексные систематические исследования теплофизических процессов, протекающих в сложных конструкциях крупномасштабных моделей тепловыделяющих сборок водоохлаяадаемых ядерных реакторов и другого высокофорсированного теплообменного оборудования в стационарных и нестационарных режимных условиях в наиболее широком, по сравнению с другими аналогичными стендами, диапазоне изменения определяющих параметров.

9. Экспериментальные и теоретические исследования фундаментальных теплофизических процессов в сложных конструкциях высокофорсированного теплообменного оборудования, обобщение результатов исследований и создание на их базе научных основ расчета и прогнозирования кризиса в стационарных и аварийных ситуациях - все это в совокупности является решением крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение при создании ЯЭУ и теплообменного оборудования нового поколения повышенной надежности, безопасности и экономичности.

ОСНОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

1. BJL Толубинский, ЕДДомашев, АЛСЛиташенко, ВЛ-Шевцов. Некоторые режимы поверхности нагрева при сверхкритическом давлении // Сб. Вопросы технической теплофизики.-Киев, Наук. думка.-1968, №1.- с.10-16.

2. ЕДДомашев, АКЛихошенко, Г.Е.Стручеико, ВЛШевцов. Кризис

теплообмена при внутреннем обогреве кольцевых каналов шириной 1.5мм.// Сб. Вопросы технической теплофизит-Киев, Наук, думюь-1969, М2, с.1в-1а

-273. ЕДДомашев, А-КЛитошенко, Г.Е.Стручешсо, ВЛШевцов. Влияние ширины и длины кольцевых каналов на величину критической плотности теплового потока при внутреннем обогреве.// Сб. Вопросы технической теплофизюси.-Киев, Наухчцумка.-1969 №2.-с.18-21.

4. В.И. Толубинский, ЕДДомашев, А.КЛитошеико, Г.Е.Струченко,

ВЛШевцов. Влияние недогрева жидкости на кризис теплообмена при внутреннем обогреве кольцевых каналов с эксцентрично расположенным тепловыделяющим стержнем.// Сб. Вопросы технической теплофизики.-Киев, Наукдумка.-1971 №3.- с.21-23.

5. В.И. Толубинский, ЕДДомашев, А-КЛитошенко, Г.Е.Струченко,

ВЛШевцов. Влияние давления, скорости и длины кольцевых каналов на величину критической плотности теплового потока при эксцентричном расположении тепловыделяющего стержня// Сб. Вопросы технической теялофизики.-Киев, Наувдумка.-1971, №3, с.87-89.

6. В.И. Толубинский, ЕДДомашев, АЛСЛитошенко, А.С-Кравчекко,

Д-АЛиров. Кризис теплообмена в кольцевых щелях при наличии эксцентриситета.// Теплоэнергетика. - 1971, №6, с 64-66.

7. ВЛ. Толубинский, ЕДДомашев, АЛСЛитошенко, ВЛШевцов. Кризис теплообмена на внутренней поверхности при двухстороннем обогреве.// Сб. Теплофизика и теплотехника. Киев, Наукдумка-1971, №20, с.47-50.

8. ВЛ. Толубинский, ЕДДомашев, А-СМаторин, А.КЛитошенко. Кризис теплоотдачи при кипении в концентрических и эксцентрических кольцевых щелях.// Тепломасообмен-У,- Минск-1976, т.З, ч2, с.49-58.

9. VXTolubinskly, EX>J5omashevAK.Litoshenko, AS.Matorin," Boiling

Crisis to Concentric and Eccentric Annuli", Heat Transfer- Soviet Research,- 1977, v.9, N1, p.132-139.

10. ВЛ. Толубинский, ЕДДомашев. Кризис теплообмена при кипении

в кольцевых каналах// Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по теплообмену. JI: Наука.-1978, с.361-362.

11. ВЛ Толубинский, ЕДДомягпев. Кризис теплоотдачи при кипении в пучках стержней.// Теплофизика и теплотехника. Киев, Наук, думка.- 1979, в.37, с.3-12.

12. Bid. Толубинский, ЕДДоматев, В.Ф-Годунов. Кризис теплообмена в кольцевых каналах с дроссельными турбулизаторами.// Сб. Теплофизические исследования.-1977, г.Обнинск, ФЭИ-1980, чЛ, с. 116-124.

13. BJL Толубинский, ЕДДомашев, В.ФГодунов, ВТ-Антипов, А-И.Сарана. Автоматическая система регистрации данных о кризисе теплоотдачи при кипении в стационарных и нестационарных режимах.// Сб. Тепломассообмен-VI (Методы' экспериментальных исследований).- Киев, Наук. думка.-1980, в. 10, с.99-104.

14. ВЛ. Толубинский, ЕДДомашев, В-ГАнтипов, В.ФГодунов. Применение индуктивных датчиков в измерителях расхода расширенного диапазона.// Пром. теплотехника.- 1981, т.З, N&, с.101-102-

15. В.И. Толубинский, В-ГАнтипов, ЕДДомашев, В.Ф-Годунов. Температурные погрешности индуктивных датчиков перепада давления.// Пром. теплотехника.- 1981.-Т.З, Nsl, с.10-13.

16. В.И.Толубивский, ЕДДомашев, В.ГАнтипов, В.ФТодунов. О применении индуктивных датчиков в измерителях расхода.\\ Сб. Тепл эфизика-80, г.Обнинск. ФЭИ.-1982,- с. 64-69.

17. В.И. Толубинский, ЕДДомашев. Кризис теплоотдачи при кипении в кольцевых каналах.// Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов,- 1983, al(30), с.58-68.

18. V.LTolubinskiy, E.D.Domashev, VJ.Godunov, "Boiling Crisis in Annuli with Artifically-Indused Roughness", Heat Transfer- Soviet Research,- 1984, v.16, N5, p.96-102.

19. В.И. Толубинский, ЕДДомашев, В.Ф.Годунов. Кризис теплоотдачи при кипении в канатах с искусгвеииой шероховатостью.// Пром. •теплотехника.-1984, т.б, №5, с.3-7.

20. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев. О причинах расхождения экспе-

риментальных данных по кризису теплоотдачи при кипении в

г 29-

каналах// Сб. Теплоперенос в жидкостях и газах. Киев. Наукдумка.- 1984, а3-23.

21. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, АЛСарана. Первичные датчики и вторичные преобразователи теплофизических параметров как функциональные блоки информационно-измерительных и контролирующих систем.// Сб. Теплофизика-83, г.Обнинск, ФЭИ.-1985.-с.73-78.

2Z ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, ГЗАлексеев, В.ГАнтипов. Быстродействующий измеритель профиля скорости. // Сб. Теплофизика-83, г.Обнинск, ФЭЛ-1985.-С.64-67.

23. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев. Анализ причин расхождения экспериментальных данных по кризису кипения.// Сб. Теплофизика-83, г.Обгошск, ФЭЛ- 1985.-С.82-85.

24. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, В.ФГодунов Повышение кризисных характеристик с помощью искуственной шероховатости на обогреваемых и необогреваемых поверхностях паро-генерирующих каналов.// Труды VI Всесоюзной конференции " Двухфазный поток в энер-гетических машинах и аппаратах", Тезисы докладов, т.1, Л:Наука.-1985, с278-279.

25. VXTolubmskiy, ELDJDomashev," Discrepencies between Experimental Data on Burnout Heat Transfer in Channels", Heat Transfer- Soviet Research,- 1986, v.18, N4, p. 1-20.

26. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев. К расчету кризиса теплоотдачи при кипении в каналах. // Сб. Тепло- и массообменные процессы. Киев, Наукдумка.- 1986, с.3-18.

27. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, В.ФГодунов Повышение кризисных характеристик с помощью искуственной шероховатости на обогреваемых и необогреваемых поверхностях ГГГ каналов.// Сб. Двухфазные потоки. Теплообмен и гидродинамика. Л:Наука.-1987, о213-232

28. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, СЯЛортной. Экспериментальные исследования нестационарного кризиса кипения при течении воды в трубе.// Пром. теплотехника.- 1987, т.9, №6, с.7-11.

29. ВЛ Толубинский, ЕДДомашев, ВФХодунов. Способы повышения кризисных параметров парогенерирующих каналов.// Сб. Теплообмен и гидродинамика. Киев, Наук. думка.-1987, с.3-17.

30. В-АГерлига, ЕДДомашев, АЮ. Погосов, АЛ.Сарана, ВЛРоговский. Физическое моделирование устройств многопараметрического анализа случайных процессов для контроля запаса теплогидравлической устойчивости.// Труды Одесского Политехнического института.-1987, с.325-329.

31. ЕДДомашев, ВФГодунов, СЯЛортной, ГЛСтрученко. Исследование кризиса теплоотдачи при кипении воды в трубе в нестационарных режимных условиях.// Труды Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" г. Новосибирск, Теадокл.-1988, с218.

32. ЕДДомашев, В.Ф.Годунов, Г£Струченко. Кризис теплоотдачи при

кипении и возможности повышения кризисных параметров в каналах.// Труды Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" г. Новосибирск, Тездокл.-1988, а271.

33. В.ГАнтипов, ЕДДомашев, Т-БЛатенко. Экспериментальное определение границ теплогидравлической устойчивости течения в параллельных каналах. // Труды всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" ^Новосибирск, Тез. докл.- 1988. с.213-214.

34. В.ГАнтипов, ЕДДомашев, Т.БЛатенко. Исследование гидродинамики парогенерирующих каналов при низких значениях массовой скорости.// Труды Всесоюзной конференции "Теплообмен в парогенераторах" г. Новосибирск, Тез-Докл.-1988, с.246-247.

35. V.I.Tolubinskiy, E.D.Domashev, V-F.Godunov, "Qti the Possibilities of Increasing the Critical Heat Flux in Channels", Experimental Thermal and Fluid Science,- 1989, N2, p.1-5.

36. В.ГАнтипов, ЕДДомашев, Т.БЛатенко. Экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению парогенерирующих каналов.// Сб. Вопросы атомной науки и техники Серия: Ядерная техника и технология,- т.5, 1989, с.41-48.

37. ЕДДомашев, АПАрхипов, В-ФГодунов, ИАЛопс®, КШ.Быков-ский, В.В.Яценко. Оценка влияния фокусирующей системы на

достоверность результатов измерения параметров кипящего потока.// Труды 1 Всесоюзного семинара "Оптические методы исследования потоков", гЛовосибирск, Тездокл.-1989, с.126-127.

38. ИАЛопов, Ю.МБыковский, ВВЯценко, ЕДДомашев, АЛ-Архи-пов, В.Ф.Годунов. Оптическое измерение локального и среднего истинного паросодержания.// Труды 1 Всесоюзного семинара "Оптические методы исследования потоков", гЛовосибирск, Тез. Д0КЛ.-1989, с.236-237.

39. ЕДДомашев, .АЛХАрхипов. Особенности кризиса теплоотдачи при кипении в пучках стержней.// Пром. теплотехника.-1389, т.11, Ш, С23-30.

40. ВАГерлига, ЕДДомашев, А.Ю. Погосов, А.И.Сарана, В-ПРоговский. Оперативный контроль запаса теплогидравли-ческой устойчивости парогеиерирующих каналов.// Известия высших учебных заведений. Энергетика.-1989, №7, с.178-183.

41. VXToluoinskiy, EJJDomashev, VJT.Godunov, "Effect of Artifical Roughness on the Boiling Crisis on Heated and Nonheated Surfaces of Vapor-Generating Channels", Heat Transfer- Soviet Research,-I960, v.22, N2, p.170-187.

42. ЕДДомашев, В.ФТодунов, ГЛСтрученка Механизм интенсификации тепломассообмена в парс генерирующих каналах с регулярной шероховатостью.// Пром. теплотехника, 1990, т.12, №1, о22-26.

43. ЕДДомашев, СЛПортаой, Г-Е-Струченко, ТА-Гурьева. Повышение кризисных параметров в нестационарных режимах// Пром. теплотехника, 1990, т.12, №4, с.3-6.

44. ЕДДомашев, МЮСовецкая, СЯ-Портвой. Об использовании моделей распределения влаги в дисперсно-кольцевом потоке для расчета кризиса теплообмена в нестационарных режимах// Международный семинар "Теплофизика-90" Тез.докладов, 0бнинск.-1990, с.192-194.

45. ЕДДомашев, В.Ф.Годунов, Г-Е-Струченко. О применении пористых покрытий в парогеиерирующих каналах высокого давления.// Двухфазный Поток в энергетических машинах и аппаратах. Тез. докл. VH Всесоюзн. конф. JL-1990, т.1.-о238.

46. В-АТерлига, ЕДДомягпев, ВЛСкалозубов. Методики расчета неравновесных кипящих потоков в обогреваемых каналах (обзор).// Пром. теплотехника.-1991, т.13, №1, с.66-77.

47. ЕДДсмашев, ЫМЛСовецкая, СЛЛортиой. Модели распределения жидкости в дисперсно-кольцевом потоке для расчета кризиса теплообмена в нестационарных режимах / /Труды международного семинара "Тешюфизика-90". Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР.-г.Обнинск-1991, т.2, с.305-310.

48. ЕДДамашев, В.ФТодунов, СЯЛортной, АЛАрхипов. - Кризис теплоотдачи при кипении воды в гладких и шероховатых каналах в нестационарных режимных условиях.// Сб. Гидродинамика и теплообмен в нестационарных условиях. Межотраслевая конференция "Теплофизика~89г.Обнинск.- 1992, с329-238.

49. ЕДДомашев, АЛЬАрхипов, В.Ф.Годунов, ВЛКузнецов, В.КРухад-зе. О возможности повышения кризисных параметров в плотно-упакованных пучках стержней.// Труды П Минского международного форума "Тепломассообмен в двухфазных системах", т.4, часть 1, с.72-76, Минск-1992.

50. НЛАптошок, ЕДДомашев. Исследования термоаккустических автоколебаний в недогретых кипящих потоках// Пром. теплотехника.- 1993, T.lfi, Njl, с.33-49.

51. Ковецкая MJVL, Домашев ЕД, Лаврик В.М., Портной СЯ. Исследование тепломасообменных процессов при течении двухфазного теплоносителя в каналах с пучком стержней.// Пром. теплотехника.- 1993, т.15, №2, с.12-22.

52. Ковецкая М.М., Домашев ЕД, Лаврик В.М. Исследование кризиса теплообмена при нестационарном течении двухфазного теплоносителя в канале с пучком стержней.// Пром. теплотехника.- 1993, т.15, №3, с.66-72.

53. Домашев ЕД, Архипов А.П, Глыгало ВЛ., Колочко ВА. Экспериментальные стенды и установки для обоснования безопасности АЭС Украины.// Пром. теплотехника.- 1993, т.15, №4, с.98-104.

-3354. ЕДДомашев, В.ФГодунов, Г-Е-Струченко. Кризис теплоотдачи при кипении в каналах с пористым покрытием // Пром.теплотехниха.-1994, т.16, №1, с.3-6.

55. Домашев ЕД, Архипов АН Некоторые особенности кризиса тепло-

отдачи при кипении в трубах, кольцевых каналах и стержневых сборках// Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену.- 1994, т.4 (в печати).

56. Домашев ЕД, Ковецкая ММ., Лаврик В.М. Исследование кризиса теплообмена при нестационарном течении в канале с пучком стержней.// Труды Первой Российской национальной конференции по теплообмену.- 1994, т.4 (в печати).

Авторские свидетельства по теме диссертации

57. АС. 67Ш4 СССР // ВФТодунов, ЛЛ Гурьянов, ЕДДомашев, Г-Е-Струченко (СССР).-1978.

58. АС 191855 СССР // ВААнтоненко, В.ФГодунов, ЕДДомашев (СССР).'- 1982.

59. АС 192586 СССР // В.ФГодунов , ЕДДомашев, ВААнтоненко (СССР).- 1983.

60. АС 185743 СССР // ВААнтоненко, ВФ-Годунов, ЕДДомашев, Г.Р.Кудрицкий (СССР).- 1982.

61. АС 187527 СССР // В-ФГодунов , ЕДДомашев, ВААнтоненко (СССР).- 1982.

62. АС 1134888 СССР // ЕДДомашев, В.ФГодунов , АЛ Сарана , Т.БЛатенко (СССР).- 1983.

63. АС 302559 СССР// ЛА-Миняйленко, ЕДДомашев, БА.Вуйницкий, ЛЛСмирнов (СССР).- 1989.

64. АС 322116 СССР// ААДолинский, ЕДДомашев, А.ПАрхипов, В.ФГодунов, ШЗ-Журавлев, ВЛКузнецов, О.Ф.Челнокова, В.П.Костомаров (СССР).- 1991.

65. АС 321133 СССР// НА-Миняйленко, ЕДДомашев, ВА^уйницкий, ЛЛСмирнов (СССР).- 1989.

66. АС 1728574 СССР// ЕДДомашев, В.ФГодунов, ВЛТрепутнев, АЛАрхипов (СССР).- 1990.

ТГтш

Рис.1

Сравнение методик расчета движения с экспериментальными дайгеЗда (Казакова Е.А.-1953 г.) 1,2,3,4 - Расчетные зависимости В.И.Толубинского, С. С.Кутате-ладзе.Л.С.Стермана, В.В.Ягова - соответственно а),б) - различите жидкости ^ обработка по ф-ле В.И.Толубинского.

а йл в условиях свободного данньши

Рис.2

Зависимость й кр. (Р) в кольцевых каналах. =0,1; д =0,4; ©-(Г=0,В им (при М =200 кг/и2с, ¿£=50 ни, «ш)

«-¿Г=0,5 им, =2000 кг/м^сек, ¿а£=»100 мм, =9,0 мм 0-^ = 1,Ь км,=500 кг/м^сек, ¿а&.&ХХ) мм, ¿О =9,0 мм • -¿=0; Х-^ =0,5; 0-^=0,75; Д-«?=1,0 (при =500, =100 км, йо =9,0 мм, ¿6 =4,0)

if4 V л ^ Vе ч , У

ч y-JS;

м Ч iu Ш ■ ' V 1 и ! yN

•о 1 1 1

\f s < \ Ivv / ai ' 1 1 Ч 1 ¿С; 1--

P'SS лт

-5 и . W 1 Ич. a I

N 1 м. 7 i drf й/ at J 1.9 -----Г" 1 '¿a - 47* a/ x а) л

PV-saish ' K-

4. sa_ N

\ \

0 N 0

.Aj X

V 4 1 г.п N 1

«0 N } - H

N

iff N Jfe к

f t.O 4 -f 1

«7 -< S i t г i 0 -i * Vi < k;

I - формула ИТТФ

2 -

3 -

4 -

5 -

КЛИ я- ЭНИН

вти

Ш

б)

, I - формула МАКБЕТА 2- -"- НИКИЭТ (1966г.) 3 - ЭНИН

4- ШКИЭТ (1976г.)

5 - ИАЭ

6 - ИТТЙ

в)

I - формула ИТКг

2 -

3 -

4 -

5- -»-

энш НИКИЭТ ВГИ ФЭИ

I

Ьи>

сл

1

Сравнение расчетных методик для йир. в кольцевых каналах (а), пучках стержней (б) и трубах (в).'

Принципиальная схема теплогидравдического стенда.

Рис.5

Схема гонгрольно-изиеритеяьной аппаратуры.

¿■ я сбоерлю

Рис. 8

Рис.6 Рис.7

Экспериментальный участок для внут- 4ункциональныа схемы автомат«- Экспериментальный участок для наруж-

реннаго обогрева иод. =900-»¿500 мм) ческих детекторов кйизиса ки- ного, внутреннего и двухстороннего I

пения: мостового (а),мно. отар- обогрева (¿¡75-300+900 мм) У

мопарного (б), дифтермопарного (в) |

О М8*| .

аз ал о.)

Р' ¡3. Г та

ь • /

♦

зоа • ЯГ

гзо о

1000 о

1500 с

3000 X •

Рис.9

Зависимость ^кр.(х) в кольцевых каналах с различными зазорами (а) и при различных массовых скоростях (б)

ы

со

а)

<г и ю 0.9 аа о.г о.в аз ач аз о.1 а) о а< с.2 аз

б) Рис ,10

Зависимость кольцевых каналах с различными

зазорами (а) и при различных массовых скоррстях (б)

-а! -аз -ночи 'Л> ни а)

• я/

г ^ /&/ ( -.у/ Юг

I \/ \ Р «Гойе _ ~0.5с/3 &

„ <?а6с

Рис.II

Зависимость С. кр. (х) в эксцентричных кольцевых каналах:

а) в каналах различной длины;

б) в каналах с различной шириной щели, но с одинаковый узкий зазором.

_1 1 I 1 . * 1 1 I

-л? -аб -0.5 -ау -аз ■аг -а/ а/ ае а!

Рис.13

Зависимость С^крХХ) в кольцевых каналах с. интенсификатораыи теплоеьема на необогрева-емой (наружной) поверхности

Ьр^

Рисг12

Интенсификаторы теплоеьема на различных обогреваемых и необо-греваемых поверхностях кольцевых каналов

-1.1 о а/ дх й а* и х "■ Рис.14

Зависимость ЦкрХХ) в кольцевых каналах с интенсификаторами теплоеьема на обогреваемой (внутренней) поверхности

Рис.15

Поперечное сечение стержневых сборок с интенсификатораыи

теплоеьема

I

(М-госс "Лм'с> . Т.о Р'9,!Юа,жу. /4 4

ф » л 60 т9 1 1 ♦ - л/г -0.2/ю р-ЬН-ЗУга . - маскид КС*КМ

Н

9 ч ,

< 5(7 • •

»• •.

рижЧУс)Ь л • «й? м <^1

го • • к 1

ю •• 1 I 1

5.0

2.0 • • № X X 1 1 1

•х, 10 • • • 1 О .6х

Р-9.! ГШа 6.0 л еЪт/м* 'кр.> р^-юоо^^ лил/-'/

к- А/5» Д//5 •-кк'аг/гс ♦-А¡5 = иг/,с № *0.5/г -«/з • - еладкии канал 5.0 4.0

Х{р

лЬ **

7 ? го * • •

ю • 1

0

мОД /МЮООцМе; зм.ыг ч

• 5 4х* IX

го

ю

-X X

аз аг а/ о а/ 0.2 о.ъ о.и аб

ач аз аг а/ о а/ аг аз ач ав

РисЛб

Зависимость Цкр. (х) в кольцевых каналах с интенсификаторами теплосьема на обогрвваеиой поверхности.

а)

Рис.17

Зависимость йкрЛх) в труба* ¿о =8 мм, ££=0,5; 1,0/270 и 3:

а) при различных давлениях;

б) при различных скоростях.

а)

С и Я1 *<8.Щ!0,Ы р 47.6 та

о о Игк, а» «1» «я»

от -о- <> 0

о и тип •о- $ О

¿311 -*• * •

* • • Ь а В • и

4 ♦! V п О ЛОц / .

-о- * Н А° ? » Й» 4 * 'З в

о- ^ оочю- ^ Ч п .^Н 6

с* 'ни аг т а

б) Рис.16

Зависимость Лир. (х) в трубах с

йо =Ь,0 юл (а;б)

(данные ИТГС, НЙКИЭТ, ФЭИ)

¡1*р.,ЯЗ/г>/#г

45

■А* о а> 02 0} й4 ¿5 06 0 х

Рис.19

Семистертаевой пучок I - гладкие стержни, 2 - проволочная навивка (I =0,17 и шагом 2,5 мм

*-2 »-Л

• ••• • • • * • -и

а

Рис.20

Лучки стержней, рМ =500 кг/м2с. 1,2 - разреженные, I - гладкий, 2-проволоадая навизка, 3,4,5,6 - штотноупако-ванные, 3-гладкий, 4-сшгашкая навивка, 5-прерывистая с прорезями длиной 3 мм, 6-с прорезями Ц мм.

<25 Ю 0,71

рм-КООт к'с % * Ч г "

'»"{•У А Г 0 заяри*. »/»лкигиз л , • - У 0, • - 4

<0

-ГА<г

Рио.21

Вертикальный кольцевой канал -8/6 мм> /=1000 мм. Однозаходная прерывистая проволочная навивка,¿пр. =1 мм, шаг - 32 мы.

1-Р=9,8; 2-13,7; 3-15гМШа - вырезы 4 мм

4-Р=9,8; 5-13,7; 6-15,7'МПа - вырезы 3 мм черва' 12 мы по ходу навивки

Рис. 22

Изменение параметров при уменьшении расхода теплоносителя на входе в трубу (эксперимент). Параметры в начальном стационарном режиме ?=9,6 МПа; рЬ/ =1000 кг/м2с; Их.о =258°С.

а) б)

Рис. 23

¿.■ш.кение во всемени параметров теплоносителя в гладкой >а) и шероховатой (б) трубе при рМс =2000 кг /(м^с), ^ =1,Ь4 аьг/ы^, ?=Ю ЫПа 1,2 - массовая скорость на входе и выходе, '¿- выходное паросодержание, 4,5 - относительный оасход кидкости в пленке и толщина плен ¡си на выходе из трубы; | , ^ - экспериментальное и с&счетда»: всеу.я до возникновения коизиса.

а и ч Ф

I » / и и

ЧжШ т/т 1 1-4 \г-

-4-41 1 /

--5 < ' -

И1 >ш/

1 1 1 40% ■-яъ "Т

! |

| | / г/ | I 1

1 4- У/ У ¡1

/-

| I ~+ГП1

* Г' 1 1

ел

15 8.0 7.0 5.0 ¡Л

V

и 10 г!

а го 15 30 б)

т

м озимою*) и иггиич шипит в)

4А

А?

\//А £

/ »й

ш г\ »-> ч о-« д- Г *-» »-о —

ЬЩ щ// 0 $

А щ я —

/у /л »01

и н паю и а иьоим&и ям&е г) Рис.24

Обработка экспериментальных данных по формулам И'ГТй АНУ

а) - данные автора:

б) - данные йЭИ,А1Й,оТ14,<Зшп,москва.

Леви и др.;

в) - данные,полученные в кольцевых

каналах с эксцентриситетом;

г) - данные,полученные в кольцевых

каналах с интенсификатора!«'. на необогреваемой поверхности; е) - данные,полученные в каналах с интенсификаторами на обогреваемой поверхности.

ы го а зя шиш^»^

е)

Domashev E.D. "Regularities, calculation methods and ways to increase the critical heat flux and void fraction in channels of Nuclear Reactors". Doctor Thesis of technical sciences on specialty 05.14.03 - Nuclear Reactors, Politechnical University of Odessa, 199456 scientific publications and 10 Patents are defended The results of continuous theoretical and experimental investigations of fundamental thermo-physical processes in active zone of water-cooled Nuclear Reactors are discussed in the Thesis.

On the base of investigation results the scientific, foundation of calculation and prediction of boiling crisis is developed

It was showed, that using of heat exchange intencificators allows to increase the safety and thermo-physical effectivity of Nuclear Reactors. The results obtained are included in corresponding Technical .Standards and could be used to develop of a new generation of heat-transfer installation

Домашев Е.Д "Закономерности, методы расчета и способы' повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодерясания в каналах ЯЭУ"

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.03 - Ядерные энергетические установки, Одесский политехнический университет, Одесса, 1994.

Защищаемся 56 научных работ и 10 авторских свидетельств. Работа содержит многолетние комплексные теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных теплофизических процессов в сложных конструкциях активной зоны водоохлаждаемых ядерных реактороЕ. На их базе созданы научные основы расчета и прогнозирования кризиса кипения в различных каналах ЯЭУ. Показано, что применение интенсификаторов теплосъека открывает новые дополнительные возможности повысить надежность, безопасность и тепло-физическую эффективность ЯЭУ. Результаты работы включены в Руководящие технические материалы я используются при разработке высокофорсированного теплообменного оборудования нового поколения.

теплообм1и, кип1иня, теплог1дравл1ка, 1нтенсиф1кац1я теплообмену, криза теплообм1ну, я дерн 1 евергетичн! установки