Локальная гидродинамика и массообмен теплоносителя в ТВС реакторов ВВЭР и PWR с перемешивающими решетками

• Автор: Бородин, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 159 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. Современное состояние исследуемого вопроса и постановка задач исследований.

1.1 Методы интенсификации теплообмена

1.2 Обзор конструкций дистанционнрующих и перемешивающих устройств для тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР и РТ1
1.3 Обзор достижений в области расчетных и экспериментальных исследований повышения эффективности решеточных интенсификаторов теплообмена в ТВС
1.4 Аналитический обзор методов измерения гидродинамических и массообменных характеристик однофазных потоков

1.5 Выводы по первой главе.

Глава 2. Описание экспериментального стенда и измерительного комплекса

2.1 Описание экспериментального стенда для исследования локальных характеристик массообмсна и гидродинамики потока теплоносителя в моделях фрагментов ТВС и активных зон ядерных реакторов

2.2 Экспериментальные модели.

2.3 Выводы по второй главе.

Глава 3. Методики проведения экспериментальных исследований локальной гидродинамики и массообмсна потока теплоносителя в экспериментальных моделях реакторов типа ВВЭР и РП
3.1 Методика проведения экспериментальных исследований режимов течения теплоносителя в экспериментальных моделях
3.2 Методика определения коэффициента гидравлического сопротивления поясов дисганционирующих и перемешивающих решеток .
3.3 Методика измерения осредненных во времени характеристик турбулентного течения пятиканальным пневмометрическим зондом
3.4 Методика определения аксиальной скорости потока в ячейке экспериментальной модели и расчета концентраций трассера в пучках стержней
3.5 Методика проведения экспериментальных исследований по изучению
локального массобмена теплоносителя в экспериментальных моделях
3.6 Методика проведения экспериментальных исследований и обработки
опытных данных по изучению локальной гидродинамики теплоносителя в экспериментальных моделях.
3.7 Достоверность результатов экспериментальных исследований .
3.8 Апробация методик проведения экспериментальных исследований
локального массообмена в моделях ТВС реакторов типа ВВЭР и РУЛ.
3.9 Выводы по третьей главе.
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований локальной
гидродинамики и массообмена потока теплоносителя в экспериментальных моделях
4.1 Результаты исследования длины участков гидродинамической стабилизации потока в экспериментальных моделях .
4.2 Результаты исследования зоны автомодельного течения в пучках твэлов экспериментальных моделей.
4.3 Результаты исследования коэффициентов гидравлического сопротивления дистанционирующих и перемешивающих решеток экспериментальных моделей
4.4 Результаты исследования распределения концентраций трассера в экспериментальных моделях.
4.5 Результаты исследования локальной гидродинамики потока теплоносителя за дефлекторами перемешивающей дистанционирующей решетки в экспериментальной модели стержневого фрагмента ТВСКВАДРАТ реактора РУЯ .
4.6 Выводы по четвертой главе.
Глава 5. Результаты расчетных исследований по изучению массообмена потока теплоносителя в экспериментальной модели стержневого фрагмента ТВСКВАДРАТ реактора РУК.
5.1 Математическая модель распределения концентраций трассера по сечению экспериментального канала в пучке твэлов без перемешивающих и дистанционирующих решеток так называемый гладкий пучок твэлов.
5.2 Математическая модель распределения концентраций трассера по сечению экспериментального канала с перемешивающими дистанционирующими решетками
5.3 Компьютерная визуализация течения теплоносителя в ТВСКВАДРАГ реактора типа РГЯ при использовании перемешивающих дистанционирующих решеток.
5.4 Выводы по пятой главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
Список использованной литературы


К пассивным методам относятся применение развитых поверхностей теплообмена на стороне теплоносителя с низким коэффициентом теплоотдачи, воздействие на турбулизацшо или разрушение пограничного слоя являющегося основным сопротивлением теплопередаче, турбулизацшо всего потока жидкости. Комбинированные методы имеют место при одновременном использовании не менее двух активных или пассивных методов интенсификации теплообмена. Турбулизация пограничного слоя. Для турбулизация пограничного слоя используют специальную обработку поверхности с созданием искусственной шероховатости, а также различного рода турбулизаторы пограничного слоя при этом интенсификация теплообмена осуществляется вследствие разрушения ими вязкого подслоя, изза чего переход из ламинарной течения в турбулентное при прочих равных условиях наступает при меньших Яе, чем на гладкой поверхности. К турбулиза горам пограничного слоя можно отнести элементы, расположенные перпендикулярно потоку теплоносителя, инициирующие сю отрыв около поверхности теплообмена. В этом случае интенсификация достигается как за счет увеличения площади теплообменной поверхности, так и вследствие вихревого течения за турбулизаторами. При незначительном воздействии на ядро потока они повышают уровень турбулентности в пограничном слое, создавая вторичные пристенные течения. Турбулизация потока теплоносителя. Осуществляется либо закруткой потока, либо использованием криволинейной формы поверхности теплообмена. При этом способе интенсификации под воздействием поля центробежных массовых сил развиваются вторичные вихревые течения, охватывающие все сечение канала, которые по своей природе отличны от обычной турбулентности. Возникающие отрывные зоны с системой двухмерных и трехмерных вихрей приводят к турбулизации пограничного слоя и, следовательно, к увеличению теплонереноса. Кроме тою, в пограничном слое в этих условиях может возникать система макровихрей с осями, параллельными поверхности, и с чередующимися направлениями вращения. Таким образом, интенсификация теплоотдачи при закрутке потока достигается за счет увеличения уровня турбулентности как около стенки, так и в ядре потока. Для закрутки потока в трубах используют различного рода винтовые вставки, лопаточные завихритсли или тангенциальный подвод теплоносителя. Широкое применение получил способ воздействия на поток с помощью специальных вставок в начале канала, создающих закрученное движение теплоносителя, но их применение существенно увеличивает гидравлическое сопротивление. Использование винтовых вставок увеличивает также и площадь эффективной поверхности теплообмена. Криволинейные поверхности теплообмена могут быть образованы различной формой навивки труб или их гибами в одном или несколькими плоскостями. Межстержневую ячейку пучка твэлов можно рассматривать как трубу с некруглым поперечным сечением, а систему ячеек, примыкающих к каждому стержню, как своеобразный кольцевой капал. Конструктивно закрутку потока в межстержневых ячейках пучков можно осуществить несколькими способами. Для этого используют пакеты из витых лент, проволочные спирали и локальные завихритсли, выполненные в виде спиральных дистанционирующих решеток. При этом во всех конструкциях направление закрутки в соседних ячейках выбирается противоположным для совпадения тангенциальных составляющих скоростей движения теплоносителя в межстержневых зазорах. Такое сочетание направлений закрутки соответствует минимуму потерь напора. Влияние закрутки потока в пучках стержней на интенсификацию конвективного теплообмена можно рассмотреть на следующих примерах активной зоны реакторов ЗТЭХУН и РБМК. Для проекта реактора ТШАУЯ были проведены исследования по кризису теплоотдачи и механической устойчивости сборок с витыми лентами. Экспериментальная сборка представляла собой пучок из четырех стержней диаметром 1 мм, расположенных с шагом 5 мм и имеющих обогреваемую длину 1,1 м. В пучок вставляли пакет из девяти закрученных лент толщиной 0,2 мм и с соотношением длины витка спирали соответствующей углу закручивания на 0 к ширине ленты, равным трем. Измерения критической плотности теплового потока проводились при давлении Р бар, массовых скоростях теплоносителя рсо 0Т кгм2с, относительных энтальпиях на входе Хвх 0,0,.