Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности
Проведено числене дослідження теплообміну та гідродинаміки турбулентного потоку в шестигранній тепловиділяючій збірці з сімома стержнями високотемпературних газоохолоджувальних реакторів. Отримано розподіли температур та швидкостей в різні моменти часу. Проведено численное исследование теплообмена и...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61072 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности / Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 123-125. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859741883420377088 |
|---|---|
| author | Дмитренко, Н.П. |
| author_facet | Дмитренко, Н.П. |
| citation_txt | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности / Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 123-125. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Проведено числене дослідження теплообміну та гідродинаміки турбулентного потоку в шестигранній тепловиділяючій збірці з сімома стержнями високотемпературних газоохолоджувальних реакторів. Отримано розподіли температур та швидкостей в різні моменти часу.
Проведено численное исследование теплообмена и гидродинамики турбулентного потока в шестигранной тепловыделяющей сборке с семью стержнями высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условии нестационарности. Получено распределения температур и скоростей в разные моменты времени.
The investigation of hydrodynamic and heat transfer of turbulent flow in fuel assembly assembly with seven cores of gas cooled fast reactor in unsteady condition is carried out. Distributions of temperatures and velocities are obtained.
|
| first_indexed | 2025-12-01T17:42:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 123
УДК 621.186.1
Дмитренко Н.П.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА И ГИДРОДИНАМИКИ
В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКЕ ВЫСОКОТЕМПЕРТУРНЫХ
ГАЗООХЛАЖДАЕМЫХ РЕАКТОРОВ В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ
Проведено числене дослідження теплообміну та гідродинаміки турбулентного потоку
в шестигранній тепловиділяючій збірці з сімома стержнями високотемпературних
газоохолоджувальних реакторів. Отримано розподіли температур та швидкостей в
різні моменти часу.
Проведено численное исследование теплообмена и гидродинамики турбулентного
потока в шестигранной тепловыделяющей сборке с семью стержнями
высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условии нестационарности.
Получено распределения температур и скоростей в разные моменты времени.
The investigation of hydrodynamic and heat transfer of turbulent flow in fuel assembly
assembly with seven cores of gas cooled fast reactor in unsteady condition is carried out.
Distributions of temperatures and velocities are obtained.
cp – изобарная теплоемкость;
D – полный дифференциал;
k − кинетическая энергия турбулентности;
l – длина;
р – давление;
Q – расход;
q − плотность теплового потока;
T − температура;
t – время;
u − скорость;
ε − скорость диссипации энергии;
λ − теплопроводность;
ν − кинематический коэффициент вязкости;
П – тензор напряжений;
ρ – плотность.
Индексы:
г – газ;
тв – тепловыделяющий элемент;
i, j – компоненты координат.
Программы INPRO и GIF-IV созданы для
решения важных проблем в атомной энергетике,
связанных с повышением безопасности, сокра-
щением радиоактивных отходов, улучшением
эксплуатационных свойств и с обеспечением не-
распространения атомного оружия. Активными
участниками этих программ являются наиболее
развитые страны мира такие как: США, Япония,
Франция, Германия, Россия и другие [1, 2, 3].
Украина тоже включена в состав участников про-
граммы INPRO. Данные проекты рассматривают
несколько концепций инновационных ядерных
энергетических установок, среди которых есть и
высокотемпературные газоохлаждаемые реакто-
ры (ВТГР) с гелиевым теплоносителем.
Современная ядерная энергетика ориенти-
рована не только на производство электроэнер-
гии, а и на решение задач связанных с дефицитом
органического топлива, такого как нефть и при-
родный газ, основными потребителями которых
является металлургическая, химическая и дру-
гие отрасли промышленности. ВТГР способны
обеспечить потребности промышленности, как в
технологическом тепле, так и в электроэнергии.
Конструкция данного типа ядерных устано-
вок имеет ряд особенностей и требует осу-
ществления широкого спектра научно-иссле-
довательских работ, связанных с обеспечением
безопасной эксплуатации активной зоны, пото-
му что безотказная эксплуатация АКЗ ядерного
реактора является одним из главных требований
безопасной работы ядерного энергоблока в це-
лом.
В данной статье рассмотрена модель шести-
гранной семистержневой ТВС активной зоны
ВТГР. На рис.1 показана схема исследуемой об-
ласти с гелием в качестве рабочего тела.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7124
Математическая модель
В настоящей работе численное исследова-
ние процессов гидродинамики и теплообмена в
тепловыделяющей сборке проводилось на осно-
ве k-ε RNG модели турбулентности [4]. Указан-
ная модель включает уравнения:
движения:
,(1)
где Div – тензорная дивергенция, вектор V
имеет координаты (u, v, w),
неразрывности:
, (2)
энергии:
, (3)
кинетической энергии турбулентности:
, (4)
где kk = 0,7179, Sij определяется по формуле:
Последнее уравнение для замыкания математи-
ческой модели – уравнение для скорости дисси-
пации энергии:
, (5)
Рис. 1. Шестигранная семистержневая те-
пловыделяющая сборка.
( ) ( ) ( )grad divDV V V V p
Dt t
∂
ρ = ρ + ⋅∇ = − + Π ∂
( )div 0Vρ =
( )p
i i
DT Tc
Dt x x∑
∂ ∂
ρ = λ
∂ ∂
22
k
t
i ij
i i k i
k k ku S
t x x x
ν∂ ∂ ∂ ∂
+ = ν − ε + ∂ ∂ ∂ ∂
1
2
ji
ij
j i
uuS
x x
∂∂
= + ∂ ∂
2
2
1 22
k k k
t
i ij
i i i
u C S C
t x x xε ε
ε
ν∂ε ∂ε ε ε ∂ ∂ε
+ = ν − + ∂ ∂ ∂ ∂
где kz=kk , C1z =1,42 и C2z =1,68 .
Результаты расчета
Расчеты проводились при следующих
численных значениях параметров: Тг=20°С,
Ттв=800°С, длина сборки l=2,8 м. Расчеты
проводились на сетке, которая разбита на 984760
ячеек. Время расчета вариантов три часа. Закон
массового расхода теплоносителя имеет вид: .
Q=1,165e0,02
Рис. 2. Распределение профилей скорости в
половине сечения А-А на расстоянии 1 м от
входа: 1 – начальный момент времени;
2 – через 50 секунд; 3 – через 90 секунд.
На рис. 2 представлены профили распреде-
ления скорости для сечения А-А в условии не-
стационарности. На динамику изменения формы
данного профиля оказывает сильное влияние на-
растания пограничных слоев и распределение
температур (рис. 3). На участке от 0,04 до 0,027
профиль имеет перекос в сторону тепловыде-
ляющего элемента. Это связано с тем, что тем-
пература теплоносителя возле тепловыделяюще-
го элемента выше, чем возле внешней стенки и
поэтому возле стержня поток движется быстрее
за счет уменьшения вязкости. Также из рисунка
видно, что скорость теплоносителя увеличива-
ется с истечением времени. Это тоже связано с
влиянием тепловыделения на физические свой-
ства теплоносителя.
На рис. 3 представлено динамику распреде-
ления температур в половине разреза А-А. Как
видно из рисунка, по мере истечения времени
поток постепенно прогревается и профиль ста-
новится более пологим. В области, которая бли-
же к внешней стенке (от 0,04 до 0,027) темпера-
тура выше, чем в области возле центрального
стержня (от 0,0045 до 0,017), но при истечении
90 с они становятся одинаковыми.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 125
Рис. 3. Распределение профилей температуры
в половине сечения А-А на расстоянии 2,5 м
от входа: 1 – начальный момент времени;
2 – через 50 секунд; 3 – через 90 секунд.
Выводы
В данной статье изложено результаты чис-
ленного исследования процессов гидродинамики
и теплообмена в шестигранной тепловыделяю-
щей сборке с семью тепловыделяющими эле-
ментами на основе RNG k-ε модели турбулент-
ности в условии нестационарности. Эта модель
позволяет получить ряд локальных гидроди-
намических и теплофизических характеристик
потока теплоносителя. Анализ результатов рас-
пределения теплогидравлических параметров
гелия в пучке стержней позволяет выявить на-
личие межканальных перетечек и зон с наиболее
интенсивной турбулентностью газового потока,
обусловливающих тепло- и массообмен в актив-
ной зоне ВТГР.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лабар М.П., Шеной А.С., Симон У.А., Кэмп-
бэлл Е.М. ЯЭУ GT-MHR на основе модульного
реактора с гелиевым теплоносителем и газовой
турбиной // Атомная техника за рубежом. – 2005.
– №1. – С. 22 - 28.
2. Поплавский В.М. Состояние и перспективы
развития АЭС с реакторами на быстрых нейтро-
нах // Тепоэнергетика. – 2004. – №8. – С. 2 - 9.
3. Грэттон К.П. Переоценка концепции реак-
тора на быстрых нейтронах с газовым теплоно-
сителем // Атомная техника за рубежом. – 2004.
– №1. – С. 23 - 27.
4. Авраменко А.А., Б.И. Басок Б.И., Кузнецов
А.В. Групповые методы в теплофизике.− Киев:
Наукова думка, 2003. – 483 с.
Гринченко В.Т.2, Воропаев Г.А.2, Исаев С.А.1, Воскобойник В.А.2, Розумнюк Н.В.2,
Воскобойник А.В.2
1Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации
2Институт гидромеханики НАН Украины
УПРАВЛЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЕМ ВИХРЕЙ АСИММЕТРИЕЙ ОБТЕКАЕМОГО
УГЛУБЛЕНИЯ
Одним из перспективных направлений
управлением пограничным слоем для повыше-
ния тепло- и массопереноса, а также снижения
гидродинамического сопротивления и гидроаку-
стического шума является искусственное фор-
мирование и развитие когерентных вихревых
систем, которые имеют контролируемые харак-
теристики. Генерация таких вихревых структур
успешно осуществляется с помощью организа-
ции луночных рельефов на обтекаемой поверх-
ности, определенной формы, размеров и рас-
положения в ансамбле, которые оптимальным
образом проектируются под соответствующие
режимы обтекания для получения максималь-
ной эффективности. Это наиболее актуально
в нынешних условиях, когда во всем мире раз-
рабатываются и внедряются энергосберегаю-
щие комплексы и технологии. Установлено, что
перспективной формой локального углубления
является асимметричная лунка, в которой гене-
рируются устойчивые когерентные крупномас-
штабные вихревые системы.
В докладе представлены результаты экс-
периментальных исследований формирования
вихревого течения внутри овальной лунки, рас-
положенной на плоской поверхности, для ла-
минарного режима ее обтекания различными
методами визуализации потока. Эксперименты
проводились в гидродинамическом канале со
свободной поверхностью воды. Овальная лунка
в виде двух соприкасающихся сферических лу-
нок, объединенных цилиндрической вставкой,
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61072 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T17:42:16Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Дмитренко, Н.П. 2014-04-23T21:07:03Z 2014-04-23T21:07:03Z 2009 Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности / Н.П. Дмитренко // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 123-125. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61072 621.186.1 Проведено числене дослідження теплообміну та гідродинаміки турбулентного потоку в шестигранній тепловиділяючій збірці з сімома стержнями високотемпературних газоохолоджувальних реакторів. Отримано розподіли температур та швидкостей в різні моменти часу. Проведено численное исследование теплообмена и гидродинамики турбулентного потока в шестигранной тепловыделяющей сборке с семью стержнями высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условии нестационарности. Получено распределения температур и скоростей в разные моменты времени. The investigation of hydrodynamic and heat transfer of turbulent flow in fuel assembly assembly with seven cores of gas cooled fast reactor in unsteady condition is carried out. Distributions of temperatures and velocities are obtained. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности Article published earlier |
| spellingShingle | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности Дмитренко, Н.П. |
| title | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| title_full | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| title_fullStr | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| title_full_unstemmed | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| title_short | Численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| title_sort | численное исследование теплообмена и гидродинамики в тепловыделяющей сборке высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов в условиях нестационарности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61072 |
| work_keys_str_mv | AT dmitrenkonp čislennoeissledovanieteploobmenaigidrodinamikivteplovydelâûŝeisborkevysokotemperaturnyhgazoohlaždaemyhreaktorovvusloviâhnestacionarnosti |