EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEELLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS
КРИЗИСЫ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КИПЕНИИ В КАНАЛАХ Общие положения Кризис, сопровождающийся ухудшением теплообмена - фактор, ограничивающим мощность ТВС водоохлаждаемых реакторов Термин "кризис" (синонимы): ухудшение теплоотдачи, пережог, отклонение от пузырькового кипения, осушение поверхности и т.д Причина ухудшения теплообмена - нарушение контакта между стенкой и жидкой фазой Наступление кризиса: в большом объеме зависит лишь от плотности теплового потока и физических свойств в жидкости и пара при вынужденном движении, кроме этих параметров еще распределение температур, скоростей и фаз в потоке Общие положения Механизм кризиса зависит от теплогидравлических условий: свойств жидкости, свойств пара, массовой скорости, паросодержания В зависимости от конкретных условий повышение температуры теплоотдающей стенки составляет и единицы, и сотни градусов, а темп роста температуры от долей до сотен градусов в секунду Время работы твэла после наступления кризиса (τ - время до появления дефекта; Т – температура оболочки твэла): • - отсутствие дефекта; о – появление дефекта Общие положения Термин "кризис теплообмена" применительно к двухфазным потокам объединяет ряд процессов, которые приводят к ухудшению теплообмена, и при постоянной плотности теплового потока к повышению температуры поверхности Если в парогенерирующем канале не все поверхности обогреваются (или обогреваются неодинаково), то часто жидкость, текущая по необогреваемой поверхности, практически не участвует в теплообмене и, тем самым понижает интенсивность теплообмена на остальных поверхностях (эффект холодной стенки) Механизмы кризиса в круглых трубах Преобладающий механизм теплообмена - пузырьковое кипение Кризис возникает вследствие нарушения устойчивости структуры двухфазного граничного слоя при высоком истинном паросодержании в пристенном слое (кризис 1-го рода) Момент кризиса - оттеснение основного потока жидкости от стенки поперечным потоком ("вдувом") пара от стенки поток сильно недогретой жидкости; = - сечение кризиса Механизмы кризиса в круглых трубах Механизмы те же пузырьковый поток парожидкостной смеси Механизмы кризиса в круглых трубах Пленка или кипит или сильно турбулизирована в высокая эффективная теплопроводность пленки в перегрев стенки снижается Высокие скорости подавляют кипение дисперснокольцевой поток Расход жидкости в пленке уменьшается за счет испарения в пленке, уноса жидкости с гребней волн и увеличивается за счет выпадения капель из ядра потока Механизмы кризиса в круглых трубах В дисперсно-кольцевом потоке кризис наступает из-за прекращения расхода жидкости в пленке (кризис 2-го рода) нет нагрева: разрыв тонких пленок на отдельные струи при малых расходах; срыв капель с поверхности волн; "захлебывание" канала при противоточном движении жидкости и газа на обогреваемой поверхности плюс - кипение жидкости в пленке в испарение жидкости вдополнительный унос жидкости из пленки вследствие разрыва пузырьков пара вобразование горячего пятна на стенке Механизмы кризиса в круглых трубах расход жидкости в пленке Gпл определяется балансом массы Действие четырех факторов: 1) – начальный расход Gпл,0; 2) – испарение жидкости q/r; 3) – унос жидкости за счет механического воздействия потока Ем и за счет разбрызгивания растущими пузырьками пара Еп Схема высыхания пленки в дисперсно-кольцевом режиме – сечение кризиса E=Eм+Eп 4) – выпадение капель из ядра потока на пленку j = D (dc/dy) Механизмы кризиса в круглых трубах Дисперсный поток - поток пара с каплями жидкости, которые несутся потоком пара и могут выпадать на стенку Наступление кризиса связывается с недостаточно интенсивным орошением стенки (кризис орошения) Поток орошения j немонотонно изменяется вдоль канала Резкое увеличение наблюдается в зоне кризиса (закризисной зоне) и при переходе к необогреваемому участку Это связано с уменьшением оттока пара от поверхности дисперсный поток 10 Три вида зависимостей qкр = f ( xкр ) при постоянном диаметре канала Р16 МПа G>2000 кг/м2с хдк – начало -кольцевого режима; хп – предельное паросодержание; хгр – граничное паросодержание; I – кризис, связанный с переходом пузырькового кипения в пленочное; II – то же, но в дисперсно-кольцевом режиме; III – кризис, связанный с высыханием жидкой пленки; 11 IV – кризис орошения; //// - область граничного паросодержания Для труб других диаметров для d>8 мм q кр ,d ≈ q кр ,8 ( d ) ,5 для d[...]... возникает на поверхности, около которой паросодержание максимально, а расход жидкости в пленке минимальный Для ТВС ВВЭР-1000 q кр = 0 ,79 5 ( 1 − x ) n ( G ) m ( 1 − 0,0185 ⋅ P ) m = 0.184 - 0. 311; n = 0.105 P - 0.5 P = 7. 5 - 16 .7 МПа; G = 70 0 - 3500 кг/(м2с); x = -0. 07 - 0.4; L = 1 .7 - 3.5м; d = 9 мм; s/d = 1.34 - 1.385 21 Влияние различных факторов на кризис 1 Интенсификация теплообмена Используются турбулизирующие... структура отложений неизвестна, учесть их влияние на КТП трудно Отложения - различные формы окислов железа (70 - 80%) и других конструкционных материалов в виде капиллярно-пористых структур Диаметр капилляров в отложениях 5 - 10 мкм, количество 3000 - 5000 на 1 мм 2 Плотность отложений от 2,5 до 4 ,7 /см3, коэффициент теплопроводности от 0,5 до 3 Вт/(м К) При кипении на поверхности эффективная теплопроводность... паросодержание; хгр – граничное паросодержание; I – кризис, связанный с переходом пузырькового кипения в пленочное; II – то же, но в дисперсно-кольцевом режиме; III – кризис, связанный с высыханием жидкой пленки; 11 IV – кризис орошения; //// - область граничного паросодержания Для труб других диаметров для d>8 мм q кр ,d ≈ q кр ,8 ( 8 d ) 0 ,5 для d 80 и tвх ≤ ts Для труб других диаметров qкр ,d ≈ qкр ,8 ( 8 d ) 0,5 qкр ,d ≈ qкр ,8 ( 8 d ) для d = 8 ÷ 40мм 0,33 для d < 8 мм 17 Граничное паросодержание Таблицы вида xгр = f ( p, G ) 19 xгр = 1 − 0,86 exp − We для d = 8 мм 2 ( ρW ) d We = ρ' σ Механизмы возникновения кризиса в горизонтальных и вертикальных каналах ... ТВС ВВЭР-1000 q кр = 0 ,79 5 ( − x ) n ( G ) m ( − 0,0185 ⋅ P ) m = 0.184 - 0. 311; n = 0.105 P - 0.5 P = 7. 5 - 16 .7 МПа; G = 70 0 - 3500 кг/(м2с); x = -0. 07 - 0.4; L = 1 .7 - 3.5м; d = мм; s/d =... железа (70 - 80%) и других конструкционных материалов в виде капиллярно-пористых структур Диаметр капилляров в отложениях - 10 мкм, количество 3000 - 5000 на мм Плотность отложений от 2,5 до 4 ,7 /см3,... II – то же, но в дисперсно-кольцевом режиме; III – кризис, связанный с высыханием жидкой пленки; 11 IV – кризис орошения; //// - область граничного паросодержания Для труб других диаметров для