книги из ГПНТБ / Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие

ных данных сильно усложняются. В ряде работ было пред­ ложено использовать в качестве характерного линейного размера гидравлический диаметр центральной ячейки с соответствующим пересчетом характерных скоростей.

опытных данных по теплоотдаче в пучках удается провести наиболее удовлетворительным образом.

Так, в [64]расчет стабилизированной теплоотдачи пучков, омываемых турбулентным потоком теплоносителя, рекомендуется выполнять по формуле

Вопросы теплообмена в каналах сложной формы в пе­ реходном режиме исследованы мало. Опытами было уста­ новлено, что в пучках переход ламинарного режима в

24О

начинает развиваться в широких областях межстержневого пространства, а в узких зазорах продолжает существовать ламинарный режим, пока турбулентное ядро не проникнет в узкие зазоры между стержнями.

Длина участка тепловой стабилизации в пучках зави­ сит от формы входа. В ряде опытов было установлено, что наиболее сильное падение локальных коэффициентов теплоотдачи происходит на участке длиной до ( Ют15)о/г .

В настоящее время уточнение методов теплового рас­ чета каналов сложной формы идет по пути более полного учета всех факторов, влияющих на теплоотдачу. Одним из таких факторов является внутриячеечное и межячеечное перемешивание, снижающее максимальную температуру по­ верхности нагрева за счет выравнивания температурных

полей. В каналах стержневого типа перемешивание опреде­ ляется степенью турбулентности потока, геометрией ка­ нала и конструктивными особенностями (наличие дистанционирующих и входных устройств). Все эти факторы, действуя одновременно, сильно усложняют теоретическое и экспериментальное исследование диффузии и турбулен­ тного перемешивания.

Особую трудность для исследования представляют пучки оребренных стержней, где на естественное перемешива­ ние накладывается искусственное перемешивание, вызван­ ное закруткой потока. За последние годы вопросам пере­ мешивания в различных системах уделяется все большее внимание.

I

Теплоотдача по периметру связана с гидродинамикой потока, йа рис. 6.20 представлены кривые изменения от­

носительного коэффициента теплоотдачи по окружности цилиндра. Кривая 1 показывает изменение локального ко­ эффициента теплоотдачи при отрыве ламинарного погранич­ ного слоя, а кривая 2 - при отрыве турбулентного погра­ ничного слоя, вследствие увеличения толщины пограничного

уменьшается и становится минимальной в точке отрыва пограничного слоя. После отрыва наблюдается возрастание коэффициента теплоотдачи, связанное с развитием вихреобразования. На кривой 2 первый минимум теплоотдачи объясняется переходом ламинарного течения в погранич­ ном слое в турбулентное, а второй минимум соответствует отрыву турбулентного пограничного слоя.

Результаты опытного определения средней по окружно­ сти цилиндра теплоотдачи обобщаются в виде зависимо­ сти

243

N u = j ! ( R e , P z ) ■

Для определения коэффициента теплоотдачи при обте­ кании одиночного цилиндра имеется эмпирическая форму­

риметру трубы, которое определяет среднюю температу­ ру стенки. Однако локальные температуры стенки могут превышать среднее значение и привести к местным пе­ регревам и термическим перенапряжениям. Это необхо­ димо учитывать при определении предельной температуры

244

На теплоотдачу одиночной трубы существенно влияет степень турбулентности потока. При возмущении набега­ ющего потока турбулизирующей решеткой, насосом или вен­ тилятором коэффициент теплоотдачи увеличивается, и тем больше, чем меньше расстояние от трубы до турбулизатора. Так, если труба расположена сразу за насосом, то теплоотдача может возрасти в два раза.

теплоотдача трубки в пучке больше теплоотдачи одиноч­ ной трубы и зависит от типа пучка, его геометрии и ряда пучка, в котором находится трубка.

Передние ряды труб турбулизируют поток, и интенсив­ ность теплоотдачи последующих по потоку рядов растет. Многочисленные исследования показывают, что теплоотда­ ча первого ряда многорядного пучка составляет пример­ но 60% теплоотдачи третьего ряда, начиная с которого она устанавливается в пучке. Трубы первого ряда пучка любого типа находятся в условиях, соответствующих об­ теканию одиночного цилиндра. В этих же условиях нахо­ дится второй ряд шахматного пучка, теплоотдача кото­ рого составляет около 70# теплоотдачи глубинных рядов. Все последующие ряды находятся в дополнительно турбулизированном потоке. На рис. 6.21 приведены опытные данные, показывающие изменение локальных коэффициен-

245

тов теплоотдачи для труб, расположенных в разных рядах коридорного пучка. Как следует из этого рисунка, начи­ ная с третьего ряда, теплоотдача по рядаи стабилизи­ руется, а начиная со второго ряда, отмечается максимум

Рис. 6 .2 1 . Изменение теплоотдачи по окружности труб для различных рядов коридорного пучка

теплоотдачи не в лобовой точке, а при ^ = 50°. Пос­ леднее объясняется тем, что во втором и последующих рядах коридорных пучков основной возмущенный поток проходит в "коридорах", а лобовая поверхность омывает­ ся с меньшей интенсивностью. Как правило, в шахматных пучках расстояние мевду трубами больше, и качественный характер омывания глубинных рядов мало отличается от труб первого ряда. Распределение коэффициента ос по периметру глубинной трубки шахматного пучка идентично

распределению о£ в одной трубке. В целом считается, что шахматный пучок более эффективен по сравнению с ко­ ридорным.

Теплоотдачу пучков, омываемых газом и капельной жидкостью, с числом Рг> 0,7 по данным А.А.Яукаускаса [28 J, можно рассчитывать, используя критериальную

2 *6

калий, сплав натрия с калием) и тяхелне металла (ртуть, свинец, висмут и д р .). Применение жидких металлов обус­ ловлено их высокой теплопроводностью, малой вязкостью

ивысокой температурой кипения. Большие коэффициенты

Дпозволяют интенсивно отводить тепло от поверхно­ сти нагрева. Гидродинамические закономерности течения жидких металлов и обычных жидкостей аналогичны, и поте­ ря давления в контуре при прокачке жидкометаллического теплоносителя не чрезмерно большая. Благодаря высокой температуре кипения жидких металлов процесс передачи тепла в активной зоне реактора может осуществляться на сравнительно высоком температурном уровне, что имеет большое значение для повышения к .п .д атомной энерге­ тической установки. Применение водяного теплоносителя, имеющего достаточно большой коэффициент теплоотдачи, при высоких температурах затруднительно, так как сопря­ жено с необходимостью существенного увеличения давле­ ния. При высоких температурах без большого давления может быть использован и газовый теплоноситель. Однако низкая теплоотдача от поверхности нагрева к газу при­ водит к резкому возрастанию температуры стенки и увели­ чению поверхности нагрева. Кроме того, из-за малой теплоемкости газа при съеме заданного количества теп­ ла резко возрастают расходы газа , гидравлические сопро­ тивления и затраты энергии на прокачку теплоносители.

Таким образом, жидкие металлы сочетают положитель­ ные свойства газового и водяного теплоносителей. Важ­ ным свойством жидких металлов является малое сечение захвата нейтронов по сравнению с водой. Поэтому в вы­ сокотемпературных реакторах на быстрых нейтронах целе­ сообразно использование жидкометаллических теплоноси­

телей, из-за удачного сочетания их ядерно-физических и теплофизических свойств. Применение жидкого натрия

2*9