Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности
Представлены результаты исследования кризиса теплообмена в каналах в нестационарных режимах с увеличением мощности. Приведено результати дослідження кризи теплообміну в каналах в нестаціонарних режимах зі збільшенням потужності. The works out investigation conditions rise of crisis heat exchange in...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60267 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности / М.М. Ковецкая, В.Е. Домашев, Ю.Ю. Ковецкая // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 53-57. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859625685837938688 |
|---|---|
| author | Ковецкая, М.М. Домашев, В.Е. Ковецкая, Ю.Ю. |
| author_facet | Ковецкая, М.М. Домашев, В.Е. Ковецкая, Ю.Ю. |
| citation_txt | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности / М.М. Ковецкая, В.Е. Домашев, Ю.Ю. Ковецкая // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 53-57. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены результаты исследования кризиса теплообмена в каналах в нестационарных режимах с увеличением мощности.
Приведено результати дослідження кризи теплообміну в каналах в нестаціонарних режимах зі збільшенням потужності.
The works out investigation conditions rise of crisis heat exchange in channels of non stationary regimes with increase power.
|
| first_indexed | 2025-11-29T11:32:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 53
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
УДК 536.242
Ковецкая М.М., Домашев В.Е., Ковецкая Ю.Ю.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ИССЛЕДОВАНИЕ КРИЗИСА ТЕПЛООБМЕНА В ПАРОГЕНЕРИРУЮЩЕМ
КАНАЛЕ ПРИ НАБРОСЕ МОЩНОСТИ
Приведено результати дослід-
ження кризи теплообміну в кана-
лах в нестаціонарних режимах зі
збільшенням потужності.
Представлены результаты ис-
следования кризиса теплообмена в
каналах в нестационарных режимах
с увеличением мощности.
The works out investigation
conditions rise of crisis heat exchange
in channels of non stationary regimes
with increase power.
Cp – теплоемкость;
D – диаметр;
Т – температура;
l – длина;
p – давление;
q – плотность теплового потока;
w – скорость потока;
x – паросодержание;
α – коэффициент теплоотдачи;
λ – коэффициент теплопроводности;
ρ – плотность;
τ – время.
Индексы нижние:
w – стенка;
вх – вход;
кр – критический;
нк – начало кипения;
р – расчетный;
ст – стационарный:
э – экспериментальный
0 – начальное значение;
1 – вода;
2 – пар.
Исследования нестационарных процессов
теплообмена в переходных и аварийных режи-
мах ядерных энергетических установок имеют
важное значение для безопасности АЭС. В те-
чение нескольких десятилетий продолжается
изучение кризиса теплообмена при кипении в
условиях нестационарного энерговыделения
[1, 2]. В нестационарных условиях возникно-
вение кризиса теплообмена в каналах опреде-
ляется начальным значением тепловой мощ-
ности, скоростью ее изменения, недогревом
теплоносителя до температуры насыщения,
массовой скоростью. Различные авторы пред-
ставляют различные подходы к проведению ис-
следований и обобщению данных, разработке
математических моделей для расчета критиче-
ских тепловых потоков и их верификации.
Большинство экспериментальных исследо-
ваний свидетельствуют о том, что при течении
теплоносителя в обогреваемых каналах в не-
стационарных режимах при резком увеличении
тепловой мощности, критический тепловой по-
ток может превышать критический тепловой
поток в стационарных режимах либо совпадать
с ним. Это дает некий запас по предельной те-
пловой нагрузке в активной зоне водоохлажда-
емых ядерных реакторов и основание для ис-
пользования в расчетах аварийных режимов
зависимостей для критического теплового по-
тока, полученных на основе эксперименталь-
ных данных для стационарных условий. Од-
нако исследования механизмов возникновения
кризиса теплообмена в нестационарных режи-
мах не прекращаются [3 – 6]. Однако вопрос о
возможности использования квазистационар-
ного приближения при разных законах изме-
нения плотности теплового потока на стенке
канала остается открытым. В работе [6] дана
оценка использования зависимостей, получен-
ных авторами работ [1, 7, 8], для расчета кри-
зиса теплообмена в нестационарных режимах
с набросом мощности. Оценки показывают, что
в диапазоне давлений от 9,8 до 14 МПа зависи-
мости для qкр, представленные в работах [7, 8]
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №654
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
дают результаты на 20…40 % заниженные, по
сравнению с экспериментальными данными.
Зависимость для qкр работы [1] дает хорошее
совпадение с экспериментальными данными
только для давления 9,8 МПа, для более высо-
кого давления формула дает завышенные по
сравнению с экспериментальными данными
результаты.
В работе исследуются условия возникнове-
ния кризиса теплообмена при течении воды в
вертикальной обогреваемой трубе в нестацио-
нарных режимах с увеличением тепловой мощ-
ности на основе экспериментальных данных,
полученных авторами работы [9]. Эксперимен-
тальные данные получены при течении воды в
трубе диаметром 8 мм, длиной 0,5 м для дав-
лений 9,8 МПа, 13,7 МПа в диапазоне измене-
ния массовой скорости 1000…2000 кг/м2с в ус-
ловиях равномерной по длине трубы тепловой
нагрузки. В трубу подавалась вода недогретая
до температуры насыщения. Нестационарные
режимы характеризуются различной величиной
температуры недогрева на входе, набрасываемой
мощности и скорости изменения мощности. На-
чальные значения параметров теплоносителя и
экспериментальные значения критических теп-
ловых потоков qкр(Э) представлены в табл. 1, 2.
Увеличение плотности теплового потока на
стенке канала осуществлялось по линейному
закону при скорости изменения теплового по-
тока в диапазоне от 0,1 до 0,69 МВт/(м2с)
qw = q0 + aqΔτ,
где aq = dq/dτ, Δτ – шаг по времени. Момент воз-
никновения кризиса теплообмена фиксировал-
ся по резкому увеличению темпа роста темпе-
ратуры стенки.
Для определения изменения во времени
теплогидравлических характеристик теплоно-
сителя использовалась одномерная нестацио-
нарная частично неравновесная математиче-
ская модель, представленная в работе [6]. Для
расчета критического теплового потока qкр(р)
использовалась следующая зависимость, по-
лученная в диапазоне изменения параметров
p = 3...20 МПа, ρw = 200...5000 кг/(м2с) [9]
KP KP
0,25 0,5
l ( ) 1 0,045( ) = ρ − ρ
cd
f pq q A k A w w x , (1)
0,720,67
22,1
= +
−pk
p
,
0,2
l
l , l / 20
0,26, l / 20
− <=
>
D
A
D
,
( )KP
6
1 27 10−= ρρcdq r a f p ,
1
1
1
1
λ
=
ρ p
a
C
,
f(p) = 60 – 2,167(p – 2), для 2 < p < 16,
где давление p задается в МПа, q – в МВт/м2,
l – в мм.
Использование зависимости (1) для расчета
кризиса теплообмена в вертикальных каналах
в нестационарных режимах с падением рас-
хода теплоносителя дало удовлетворительные
результаты [10]. Однако, использование этой
Табл. 1. Значения параметров в режимах с массовой скоростью ρw = 2000 кг/(м2с)
№
реж
p,
МПа
Tвх,
оС
q0 ,
МВт/м2
qкр(э),
МВт/м2
qкр(р),
МВт/м2
qкр1,
МВт/м2 Af qкр/qнк xкр τкр, с Kq
1 9,8 228 0,748 2,58 2,320 2,831 0,731 1,90 0,214 2,71 0,904
2 9,8 225 1,391 2,53 2,505 2,462 0,731 1,82 0,191 2,30 0,356
3 9,8 230 1,917 2,49 2,410 2,310 0,731 1,84 0,204 1,03 0,290
4 13,7 200 0,717 2,87 2,905 2,712 0,655 1,23 0,051 6,11 0,491
5 13,7 198 1,366 2,97 2,979 2,286 0,697 1,22 0,067 5,23 0,225
6 13,7 201 1,855 2,81 2,876 2,461 0,632 1,17 0,037 3,52 0,146
7 13,7 242 0,742 2,41 2,401 2,551 0,697 1,29 0,150 2,01 1,107
8 13,7 244 1,445 2,45 2,454 1,876 0,756 1,38 0,171 1,46 0,476
9 13,7 244 1,901 2,42 2,463 1,677 0,737 1,27 0,158 0,90 0,304
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 55
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Табл. 2. Значения параметров в режимах с массовой скоростью ρw = 1000 кг/(м2с)
№
реж
p,
МПа
Tвх,
оС
q0 ,
МВт/м2
qкр(э),
МВт/м2
qкр(р),
МВт/м2
qкр1,
МВт/м2 Af qкр/qнк xкр τкр, с Kq
1 9,8 218 0,437 1,90 1,898 1,974 1,06 2,00 0,434 8,21 0,407
2 9,8 221 0,910 1,83 1,845 1,874 0,96 1,95 0,417 5,08 0,199
3 9,8 223 1,103 1,84 1,829 1,798 1,00 1,98 0,429 3,43 0,197
4 13,7 237 0,334 1,39 1,356 2,005 0,478 1,53 0,224 4,86 0,650
5 13,7 238 0,661 1,47 1,431 1,502 0,561 1,58 0,272 3,47 0,352
6 13,7 244 0,854 1,40 1,444 1,358 0,561 1,55 0,268 3,12 0,205
7 13,7 265 0,275 1,41 1,398 1,451 0,737 1,62 0,383 6,25 0,662
8 13,7 260 0,540 1,35 1,369 1,252 0,609 1,67 0,324 4,73 0,317
9 13,7 258 0,773 1,31 1,303 1,353 0,534 1,68 0,291 2,51 0,277
10 13,7 287 1,140 1,18 1,184 0,908 0,609 2,03 0,375 2,76 0,108
11 13,7 275 0,822 1,37 1,388 0,855 0,811 1,98 0,414 4,84 0,137
12 13,7 271 0,607 1,35 1,364 0,957 0,717 2,04 0,382 7,06 0,137
зависимости для расчета qкр в режимах с на-
бросом мощности позволяет получить хорошее
совпадение с экспериментальными значения-
ми только для режимов с p = 9,8 МПа, ρw =
= 1000 кг/(м2с) (табл. 2, режимы 1–3). В этом
случае поправочный коэффициент в форму-
ле (1) Af = 1. В режимах с давлением 9,8 МПа
и массовой скоростью 2000 кг/(м2с) получено
превышение расчетных значений qкр(р) по срав-
нению с qкр(э) на 27 % (табл. 1, режимы 1–3). Для
более высокого давления p = 13,7 МПа превы-
шение расчетных значений критического теп-
лового потока над экспериментальными сос-
тавляет 20…50 % в зависимости от значений
выходного паросодержания в момент кризиса.
Особенно большое превышение – около 50 % в
режимах 4–6 (табл. 2). Поэтому для совпадения
расчетных и экспериментальных значений qкр
в зависимость (1) был введен поправочный ко-
эффициент Af, значения которого представлены
в таблицах.
В работах [2,3] рекомендуется для расчета
критического теплового потока в нестационар-
ных режимах использовать критерий тепловой
нестационарности Kq = q0
-1 dq/dτ. Тогда qкр в не-
стационарном режиме рассчитывается по фор-
муле
~
qкр1= qкр(ст) + Kq, (2)
где qкр(ст) – значения критического теплового по-
тока в стационарном режиме. В табл. 1, 2 пред-
ставлены значения qкр1, рассчитанные по фор-
муле (2) со значениями qкр(ст), взятыми из базы
данных по кризису теплообмена [11]. В режи-
мах с массовой скоростью 2000 кг/(м2с) (табл. 1)
превышение qкр1 по сравнению с qкр(э) получено
для малых начальных значений q0 = 0,7 МВт/м2
(режимы 1, 4, 7). В остальных режимах получе-
но qкр1 < qкр('э), причем максимальная разница
достигает 30 %. В режимах с массовой скоро-
стью 1000 кг/(м2с) (табл. 2) qкр1 > qкр(э) в режи-
мах 1,4 при значениях q0 = 0,4 МВт/м2. В ос-
тальных режимах qкр1 ≤ qкр(э), причем наиболь-
шая разница составляет 37 % (режим 11).
Определение величины времени до наступ-
ления кризиса теплообмена τкр в нестационар-
ных режимах и зависимость τкр от параметров
процесса представляет большой практический
интерес. На рис. 1, 2 представлено изменение
τкр в зависимости от параметра Kq, давления,
массовой скорости и критического паросодер-
жания.
Для больших массовых скоростей и xкр > 0,1
время до кризиса слабо зависит от параметра
~
~
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №656
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Kq (кривые 1, 2, рис. 1). Для режимов с xкр < 0,1
зависимость τкр от Kq более сильная, при этом
время до наступления кризиса теплообмена
увеличивается за счет увеличения времени, за-
трачиваемого на рост температуры теплоноси-
теля до температуры начала кипения. Для массо-
вой скорости 1000 кг/(м2с) и давления 13,7 МПа
время до кризиса существенно зависит как от
параметра Kq так и от выходного паросодер-
жания в момент кризиса (кривые 2 – 4, рис. 2).
Наиболее сильная зависимость τкр от Kq наблю-
дается в режимах с xкр = 0,4 (кривые 1,4 рис. 2)
поскольку в этом случае наблюдается кризис
теплообмена второго рода, обусловленный ис-
тощением пристенной пленки жидкости. В
этих режимах время до кризиса существенно
зависит от исходного стационарного состояния
потока. Если в стационарном режиме в канале
сформировался дисперсно-кольцевой режим
течения, то время до кризиса меньше по срав-
нению с режимами в которых в начальный мо-
мент реализовался пузырьковый режим тече-
ния или режим конвективного теплообмена.
На основании многочисленных экспери-
ментальных исследований автором работы [1]
было высказано предположение о том, что от-
ношение критической плотности теплового
потока к плотности теплового потока, соответ-
ствующего началу кипения, есть величина по-
стоянная. В табл. 1,2 представлено отношение
qкр(э) к qнк, которое определялось в расчетах по
достижению температуры теплоносителя тем-
пературы начала кипения, рассчитанного по
формуле (5) работы [6]. Для давления 9,8 МПа
отношение qкр(э)/qнк практически не зависит от
массовой скорости, критерия нестационарно-
сти Kq и слабо зависит от критического паро-
содержания ( табл. 1,2 реж. 1 – 3). Эту зависи-
мость можно представить в виде
qкр/qнк = 1,74 + 0,6xкр. (3)
В режимах с давлением 13,7 МПа и массо-
вой скоростью 1000 кг/(м2с) условие постоян-
ства qкр(э)/qнк выполняется только для режимов
10–12 (табл. 2). Для всех остальных режимов с
давлением 13,7 МПа наблюдается уменьшение
величины qкр(э)/qнк с уменьшением паросодер-
жания. Однако ограниченный объем экспери-
ментальных данных по кризису теплообмена в
нестационарных режимах не позволяет сделать
окончательный вывод о характере зависимости
величины qкр(э)/qнк от режимных параметров.
τ, c
kq
3
1
2
Рис. 1. Изменение τкр от параметра
нестационарности для режимов
с ρw = 2000 кг/(м2с): 1 – p = 9,8 МПа,
xкр = 0,10…0,21; 2 – p = 13,7 МПа,
xкр = 0,15…0,17;
3 – p = 13,7 МПа, xкр = 0,037…0,067.
Рис. 2. Изменение τкр от параметра
нестационарности для режимов
с ρw = 1000 кг/(м2с): 1 – p = 9,8 МПа,
xкр = 0,42…0,43; 2 – p = 13,7 МПа,
xкр = 0,22…0,27; 3 – p = 13,7 МПа,
xкр = 0,29…0,38; 4 – p = 13,7 МПа,
xкр = 0,37…0,41.
τ, с
1
4 3
2
kq
~
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 57
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Выводы
1. Сопоставление расчетных и экспери-
ментальных значений критического теплового
потока в нестационарном режиме с набросом
мощности для двух значений давления 9,8 МПа
и 13,7 МПа показало:
– формула (1) для расчета qкр может быть ис-
пользована только в режиме с давлением
9,8 МПа, массовой скоростью 1000 кг/(м2с),
при давлении 13,7 МПа она дает завышенные
на 20…50 % по сравнению с экспериментом
результаты и для ее использования нужно вво-
дить поправочный коэффициент;
– использование зависимости (2) для опреде-
ления qкр позволяет делать оценочные расче-
ты, но показывает как завышенные, так и за-
ниженные до 30 % расчетные значения по
сравнению с экспериментальными.
2. Время до возникновения кризиса теп-
лообмена зависит от режима течения и тепло-
обмена в исходном стационарном состоянии и
от критерия нестационарности Kq. Для режи-
мов с массовой скоростью 2000 кг/(м2с) и кри-
тическим паросодержанием xкр>0,1 время до
кризиса слабо зависит от Kq.
3. Отношение qкр(э)/qнк практически не за-
висит от массовой скорости, паросодержания
и критерия нестационарности в режимах с дав-
лением 9,8 МПа. В остальных режимах наб-
людается слабая зависимость qкр(э)/qнк от xкр .
ЛИТЕРАТУРА
1. Толубинский В.И. Теплообмен при кипе-
нии. – Киев:. Наук. думка. – 1980. – 316 с.
2. Кузнецов Ю.Н. Теплообмен в проблеме
безопасности ядерных реакторов. – М:. Энер-
гоатомиздат, 1989. – 296 с.
3. Ключников А.А., Шараевский И.Г., Фиалко
Н.М., Зимин Л.Б., Шараевская Е.И. Теплофи-
зика аварий ядерных реакторов. – Чернобыль.
Институт проблем безопасности АЭС. – 2012. –
528 с.
4. Стаханова А.А., Варава А.Н., Дедов А.В.,
Комов А.Т. Исследование теплообмена при им-
пульсном нагреве модельных фрагментов обо-
лочек твэлов // Теплоэнергетика. – 2011. – № 7. –
С. 65–72.
5. Деев В.И., Куценко К.В., Лаврухин А.А. и
др. Теплоотдача и кризис кипения воды при бы-
стром нагреве теплоотдающей стенки // Труды
РНКТ – 4. М.: МЭИ. –2006. – Т. 4. – С. 79–82.
6. Ковецкая М.М. Кризис теплообмена в па-
рогенерирующих каналах в нестационарных
режимах с увеличением мощности // Промыш-
ленная теплотехника. – 2011. – T. 33, № 3. –
С. 60–64.
7. Смолин В.Н., Поляков В.К. Критический
тепловой поток при продольном обтекании
пучка стержней // Теплоэнергетика. – 1967. –
№ 4. – С. 54–58.
8. Логвинов С.А., Безруков Ю.А., Драгунов
Ю.Г. Экспериментальное обоснование тепло-
гидравлической надежности реакторов ВВЭР.
– М.: ИКЦ «Академкнига». – 2004. – 255 с.
9. Толубинский В.И., Домашев Е.Д., Годунов
В.Ф. Повышение кризисных характеристик с
помощью искусственной шероховатости на
обогреваемых и необогреваемых поверхностях
парогенерирующих каналов / Сб. Двухфазные
потоки. Теплообмен и гидродинамика. – Л.: На-
ука. – 1987. – С. 213–232.
10. Ковецкая М.М., Колесниченко Ю.М.,
Богорош А.Т. Особенности нестационарного
кризиса теплообмена в вертикальных пароге-
нерирующих каналах // Промышленная тепло-
техника. – 2007. – Т. 29, № 1. – С. 43–48.
11. Кириллов П.Л., Терентьева М.И. Скелет-
ные таблицы по расчету критического теплово-
го потока в трубах для воды. История и версия
2006 г. // Атомная техника за рубежом. – 2008. –
№ 10. – С.3–18.
Получено 09.07.2012 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60267 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T11:32:06Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковецкая, М.М. Домашев, В.Е. Ковецкая, Ю.Ю. 2014-04-13T16:48:41Z 2014-04-13T16:48:41Z 2012 Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности / М.М. Ковецкая, В.Е. Домашев, Ю.Ю. Ковецкая // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 53-57. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60267 536.242 Представлены результаты исследования кризиса теплообмена в каналах в нестационарных режимах с увеличением мощности. Приведено результати дослідження кризи теплообміну в каналах в нестаціонарних режимах зі збільшенням потужності. The works out investigation conditions rise of crisis heat exchange in channels of non stationary regimes with increase power. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Атомная энергетика Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности Research of crisis of heat exchange in steam generation channels at throw power Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности Ковецкая, М.М. Домашев, В.Е. Ковецкая, Ю.Ю. Атомная энергетика |
| title | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| title_alt | Research of crisis of heat exchange in steam generation channels at throw power |
| title_full | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| title_fullStr | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| title_full_unstemmed | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| title_short | Исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| title_sort | исследование кризиса теплообмена в парогенерирующем канале при набросе мощности |
| topic | Атомная энергетика |
| topic_facet | Атомная энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60267 |
| work_keys_str_mv | AT koveckaâmm issledovaniekrizisateploobmenavparogeneriruûŝemkanaleprinabrosemoŝnosti AT domaševve issledovaniekrizisateploobmenavparogeneriruûŝemkanaleprinabrosemoŝnosti AT koveckaâûû issledovaniekrizisateploobmenavparogeneriruûŝemkanaleprinabrosemoŝnosti AT koveckaâmm researchofcrisisofheatexchangeinsteamgenerationchannelsatthrowpower AT domaševve researchofcrisisofheatexchangeinsteamgenerationchannelsatthrowpower AT koveckaâûû researchofcrisisofheatexchangeinsteamgenerationchannelsatthrowpower |