Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя
В работе представлены результаты исследования условий возникновения кризиса теплообмена в вертикальной обогреваемой трубе с гладкой и шероховатой стенками в нестационарных режимах с потерей теплоносителя. Показано влияние шероховатости стенки на изменение структуры двухфазного потока. В роботі предс...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2007 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61323 |
| 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: | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя / М.М. Ковецкая, В.М. Лаврик, А.Т. Богорош // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 64-68. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860115498079879168 |
|---|---|
| author | Ковецкая, М.М. Лаврик, В.М. Богорош, А.Т. |
| author_facet | Ковецкая, М.М. Лаврик, В.М. Богорош, А.Т. |
| citation_txt | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя / М.М. Ковецкая, В.М. Лаврик, А.Т. Богорош // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 64-68. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В работе представлены результаты исследования условий возникновения кризиса теплообмена в вертикальной обогреваемой трубе с гладкой и шероховатой стенками в нестационарных режимах с потерей теплоносителя. Показано влияние шероховатости стенки на изменение структуры двухфазного потока.
В роботі представлено результати дослідження умов виникнення кризи теплообміну у вертикальній трубі, що обігрівається, з гладкою та шорсткою стінками в нестаціонарних режимах з втратою теплоносія. Показано вплив шорсткості стінки на зміну структури двофазного потоку.
In work results of research of conditions of occurrence of crisis of heat exchange in a vertical warmed pipe with smooth and rough walls in non-stationary modes with falling the charge of the heat-carrier are submitted. Influence of a roughness of a wall on change of structure of a biphase stream is shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:36:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Вероятность возникновения аварийных ситуа;
ций в энергетическом оборудовании АЭС и их
возможные последствия определяют закономер;
ности протекания нестационарных процессов.
Так кризис теплообмена в режимах с потерей
теплоносителя может привести к разрушению
оболочек тепловыделяющих элементов в реакто;
рах с водой под давлением. Эффективным мето;
дом интенсификации теплообмена и повышения
критической тепловой нагрузки является ис;
пользование теплоотдающей поверхности с регу;
лярной шероховатостью оптимальной геометрии –
дискретно;шероховатые каналы [1,2]. В реакторе
ВВЭР;1000 применение дискретно;шероховатых
каналов в активной зоне, охлаждаемой турбу;
лентным потоком воды, может привести к повы;
шению экономичности реактора [1]. Отмечается,
что интенсификация теплообмена при кипении
может быть больше, чем в однофазных потоках.
Экспериментальные данные работы [3] также
64 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
В роботі представлено результати
дослідження умов виникнення кризи
теплообміну у вертикальній трубі, що
обігрівається, з гладкою та шорсткою
стінками в нестаціонарних режимах з
втратою теплоносія. Показано вплив
шорсткості стінки на зміну структури
двофазного потоку.
В работе представлены результаты
исследования условий возникновения
кризиса теплообмена в вертикальной
обогреваемой трубе с гладкой и шеро)
ховатой стенками в нестационарных ре)
жимах с потерей теплоносителя. Пока)
зано влияние шероховатости стенки на
изменение структуры двухфазного по)
тока.
In work results of research of conditions
of occurrence of crisis of heat exchange in
a vertical warmed pipe with smooth and
rough walls in non)stationary modes with
falling the charge of the heat)carrier are
submitted. Influence of a roughness of a
wall on change of structure of a biphase
stream is shown.
УДК 536.425
КОВЕЦКАЯ М.М.1,
ЛАВРИК В.М.1, БОГОРОШ А.Т.2
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2Национальный технический университет Украины “КПИ”
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ОСУШЕНИЯ
ТЕПЛООТДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ В АВАРИЙНЫХ
РЕЖИМАХ С ПОТЕРЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
D – диаметр трубы;
T – температура;
h – высота выступа;
p – давление;
q – плотность теплового потока;
s – шаг;
w – средняя по сечению канала скорость тепло;
носителя;
x – массовое расходное паросодержание;
α – коэффициент теплоотдачи;
δ – толщина пленки;
ρ – плотность;
τ – время;
ϕ – истинное объемное паросодержание;
Re – число Рейнольдса.
Индексы:
1 – вода;
2 – пар;
0 – начальное значение;
cr – критический;
s – насыщение;
t – обогреваемая поверхность;
w – стенка;
α – теплообмен;
ξ – трение;
вх – вход;
г – гладкий;
кр – критическое давление;
об – обогреваемый;
ш – шероховатый.
свидетельствуют об интенсификации теплообме;
на в каналах с регулярной шероховатостью стен;
ки и увеличении критического теплового потока
в дисперсно;кольцевом режиме течения. При
этом интересно проследить как меняется струк;
тура дисперсно;кольцевого потока в нестацио;
нарных режимах в каналах с гладкой и шерохова;
той стенкой.
Для анализа используется одномерная неста;
ционарная неравновесная математическая мо;
дель двухфазного потока и экспериментальные
данные по кризису теплообмена, полученные на
теплогидравлическом стенде ИТТФ [3]. Основ;
ная система уравнений математической модели
содержит осредненные по пространству и во
времени уравнения сохранения массы, им;
пульса и энергии двухфазного потока со
скольжением и равным давлением фаз [4]. За;
мыкают основную систему уравнений условия
взаимодействия фаз на межфазной поверхнос;
ти и со стенками канала.
Для моделирования дисперсно;кольцевого ре;
жима течения теплоносителя в базовую модель
были внесены изменения, описывающие струк;
туру дисперсно;кольцевого потока [5]. Для опи;
сания межфазного теплообмена в дисперсно;
кольцевом режиме, строго говоря, необходима
трехтемпературная модель. Но так как темпера;
туры капель в ядре потока и жидкости в пристен;
ной пленке близки, то учитывают только тепло;
вое взаимодействие систем пар; капли и пар;
жидкая пленка.
При этом скорость капель определяется через
скорость скольжения капель в паровом ядре, а
скорость пленки через относительный расход
жидкости в пленке, который задается в виде сис;
темы уравнений (7);(9) работы [5] в зависимости
от подрежимов течения в дисперсно;кольцевом
потоке.
Как показали результаты работы [5], кризис
теплообмена в нестационарном режиме с паде;
нием расхода теплоносителя в вертикальной па;
рогенерирующей трубе с гладкими стенками
можно рассчитать по зависимости для крити;
ческого теплового потока на стенке, получен;
ной в диапазоне изменения параметров: давле;
ния от 3 до 20 МПа, массовой скорости от 200
до 5000 кг/(м2·с)
, (1)
, ,
, .
Использование математической модели для
расчета тепломассообменных процессов в трубах
с дискретно;шероховатыми стенками требует
внесения изменений в замыкающие уравнения,
характеризующие взаимодействие фаз со стен;
кой. Для расчета коэффициента теплоотдачи
на шероховатой стенке наиболее часто использу;
ют зависимости для гладкой стенки с поправкой
на шероховатость в виде
. (2)
Для двухфазного режима течения использует;
ся формула Чена [4]
(3)
где αmic, αmac – коэффициенты теплоотдачи при
микроконвекции и макроконвекции.
Интенсификация теплообмена за счет шеро;
ховатости стенки учитывается введением по;
правки во второе слагаемое зависимости (3), ха;
рактеризующее интенсивность макроконвекции
, где коэффициент определя;
ется согласно формуле (2).
Аналогично задается коэффициент трения на
шероховатой стенке. В рассматриваемом случае в
области высоких давлений влияние шероховатос;
ти стенки может быть учтено введением поправок
к коэффициенту гидравлического сопротивления
для гладкой трубы , где поправочный
ш г ш
w wСξξ = ξ
шCα
ш г ш
mac macCαα = α
1
min 1, ,w S
w mic mac
w
T T
S F
T T
⎡ ⎤−
α = α + α⎢ ⎥−⎣ ⎦
( )( )
( )
ш
exp 11/ / , / 13
exp 0,065 / , / 13
s h s h
С
s h s h
α
⎧ ≥⎪= ⎨
<⎪⎩
0,05, 1 3
0,02, 3 20
q
p
B
p
⎧ ≤ <⎪= ⎨
≤ <⎪⎩
2
4,6 ( 6)
cd
cr qq B p= − −
0,2
, / 20
0,26, / 20
o
l
L L D
A
L D
−⎧ <⎪= ⎨
>⎪⎩
0,72
0,67
22,1
pk
p
= +
−
0,5
0,5 8
1 0,045( )w x
D
⎛ ⎞⎡ ⎤− ρ ⎜ ⎟⎣ ⎦ ⎝ ⎠
0,25
( )
cd
cr cr p lq q k A w= ρ
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 65
×
×
множитель опре;
делен для ρw=(1...7)·103кг/(м2·с), параметров ше;
роховатости s/D = 1,5...10,5; h/D = 0,1...10.
Для расчета критического теплового потока на
шероховатой стенке в работе [3] предлагается за;
висимость, полученная на основании экспери;
ментов по кризису теплообмена в стационарных
режимах
, (4)
где определяется по формуле (1).
Результаты экспериментов по кризису теп;
лообмена в стационарных условиях в трубах с
гладкими и шероховатыми обогреваемыми
стенками показали, что в области оптимально;
го соотношения шага к высоте выступа (15...20)
критический тепловой поток на шероховатой
стенке всегда больше, чем на гладкой стен;
ке [3].
Были проведены расчеты нестационарных ре;
жимов с падением расхода на входе в вертикаль;
ную трубу диаметром 8 мм, обогреваемой длиной
1 м с гладкой и шероховатой стенками при давле;
нии 10 МПа, массовой скорости 500, 1000, 2000
кг/(м2·с), тепловой нагрузке 1,5...3 МВт/м2. Регу;
лярная шероховатость характеризовалась высту;
пами трапециевидной формы с высотой h = 0,06
мм, шагом s =1 мм. В таблице представлены экс;
периментальные данные по кризису теплообме;
на в нестационарных режимах с падением расхо;
да теплоносителя в вертикальной обогреваемой
трубе с гладкими и шероховатыми стенками [6].
Результаты экспериментов свидетельствуют, что
не во всех нестационарных режимах > .
При недогревах теплоносителя до температуры на;
сыщения на входе ΔТвх < 120 оС и для начальных зна;
чений массовой скорости ρw0 = 500, 2000 кг/(м2·с)
критические тепловые потоки практически сов;
падают, а при ρw0 =1000 кг/(м2·с) < . По;
этому использовать зависимость (4) в нестацио;
нарных режимах не всегда возможно. При
недогревах теплоносителя ΔТвх <150 оС время до
возникновения кризиса теплообмена в канале с
шероховатой стенкой больше, чем с гладкой при
всех начальных значениях массовой скорости, а
при ΔТвх >150 оС < .
г
crτш
crτ
г
crqш
crq
г
crqш
crq
г
crq
ш
crq
г
crq
0,331,2
1
x
t кр
h p
D p
− ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎥−⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎦
( )
0,5
0,5ш г 2 0,1
1 1,2 10cr cr об
h
q q W L
s
−
⎡ ⎛ ⎞⎢= + ⋅ ρ ⎜ ⎟⎢ ⎝ ⎠⎣
( ) ( ) 1,130,33ш
2,5 / lg /C h D s D
−
ξ ⎡ ⎤= ⎣ ⎦
66 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Та б л и ц а .
×
×
Таким образом, в отличие от стационарных ре;
жимов в нестационарных режимах шерохова;
тость стенки влияет на величину критического
теплового потока в сторону его увеличения толь;
ко при кризисе пузырькового течения (кризис пер;
вого рода) и практически не влияет на величину
критического теплового потока при кризисе дис;
персно;кольцевого потока (кризис второго рода).
При кризисе теплообмена в дисперсно;коль;
цевом потоке, обусловленного истощением при;
стенной пленки жидкости, наблюдается сущест;
венное увеличение времени до кризиса на шеро;
ховатой поверхности. Это связано с изменением
структуры дисперсно;кольцевого потока. На
рис. 1,2 представлено изменение во времени тол;
щины пристенной пленки жидкости в трубе с
гладкой и шероховатой стенкой в двух режимах
12, 13. Стрелкой отмечен момент наступления
кризиса теплообмена в эксперименте. Результа;
ты расчета показали, что при малых недогревах
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 67
Рис. 1. Изменение во времени толщины пристенной пленки жидкости в вертикальной трубе
с гладкой ( ) и шероховатой () ) ) ) стенкой:
p = 10 МПа, Твх = 261 оС, q = 1,84 МВт/м2, ρwо = 2000 кг/(м2·с), = 0,96 с, = 1,25 с.шτcr
гτcr
Рис. 2. Изменение во времени толщины пристенной пленки жидкости в вертикальной трубе
с гладкой ( ) и шероховатой () ) ) ) стенкой:
p = 10 МПа, Твх = 228 оС, q = 2,26 МВт/м2, ρwо = 2000 кг/(м2·с), = 0,65с, = 0,69с.шτcr
гτcr
теплоносителя на входе (ΔТвх < 60 оС) кризис
теплообмена возникал в результате истощения
пристенной пленки жидкости при ее толщине
0,08 мм (рис.1). Сравнение результатов расчета
изменения структуры двухфазного потока в не;
стационарных режимах в гладкой и шерохова;
той трубе показало, что в начальный момент
времени как в гладкой, так и в шероховатой
трубе наблюдается увеличение толщины при;
стенной пленки жидкости в выходном сече;
нии, что связано с увеличением амплитуды
колебаний волн на поверхности пленки и ин;
тенсивным сносом капель к выходному сече;
нию по мере продвижения границы начала
дисперсно;кольцевого режима вверх по пото;
ку (к входному сечению). В трубе с шерохова;
той стенкой начальное утолщение пленки
меньше и наблюдается более плавный пере;
ход к режиму микропленки. Увеличение вре;
мени до кризиса теплообмена в трубе с
шероховатой стенкой свидетельствует об об;
разовании вихревой структуры в пристенной
области, что способствует более интенсивно;
му влагообмену между ядром и пристенной
пленкой жидкости. С увеличением недогрева
теплоносителя на входе и тепловой нагрузки
кризис теплообмена возникал при достаточно
толстой пленке (рис.2) в результате ее разру;
шения как в гладком , так и в шероховатом
канале.
ЛИТЕРАТУРА
1. Олимпиев В.В. Гидродинамика и теплоот;
дача ламинарного течения в каналах с выступа;
ми; интенсификаторами теплообмена // Извес;
тия РАН. Энергетика. – 2006. – №4. – C.106–114.
2. Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В.,
Попов И.А. Эффективные интенсификаторы теп;
лоотдачи для ламинарных (турбулентных) пото;
ков в каналах энергоустановок// Известия РАН.
Энергетика. – 2005. – №1. – С.75–90.
3. Толубинский В.И., Домашев Е.Д., Годунов В.Ф.
Повышение кризисных характеристик с помо;
щью искусственной шероховатости на обогрева;
емых поверхностях парогенерирующих каналов.
В сб. Двухфазные потоки. Теплообмен и гидро;
динамика. – Л.: Наука, 1987. – С.213–232.
4. Кузнецов Ю.Н. Теплообмен в проблеме бе;
зопасности ядерных реакторов. – М.: Энергоато;
миздат, 1989. – 296 с.
5. Ковецкая М.М., Колесниченко Ю.М., Бого[
рош А.Т. Особенности нестационарного кризиса
теплообмена в вертикальных парогенерирующих
каналах // Промышленная теплотехника. – 2007. –
Т.29, №1. – С.43–48.
6. Домашев Е.Д., Годунов В.Ф., Портной С.Я.,
Архипов А.П. Кризис теплоотдачи при кипении
воды в гладких и шероховатых каналах в неста;
ционарных режимных условиях. В сб. Гидроди;
намика и теплообмен в нестационарных услови;
ях. – Обнинск, 1992. – С.229–238.
ш
crτ
68 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61323 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:36:22Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковецкая, М.М. Лаврик, В.М. Богорош, А.Т. 2014-04-30T16:02:43Z 2014-04-30T16:02:43Z 2007 Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя / М.М. Ковецкая, В.М. Лаврик, А.Т. Богорош // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 64-68. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61323 536.425 В работе представлены результаты исследования условий возникновения кризиса теплообмена в вертикальной обогреваемой трубе с гладкой и шероховатой стенками в нестационарных режимах с потерей теплоносителя. Показано влияние шероховатости стенки на изменение структуры двухфазного потока. В роботі представлено результати дослідження умов виникнення кризи теплообміну у вертикальній трубі, що обігрівається, з гладкою та шорсткою стінками в нестаціонарних режимах з втратою теплоносія. Показано вплив шорсткості стінки на зміну структури двофазного потоку. In work results of research of conditions of occurrence of crisis of heat exchange in a vertical warmed pipe with smooth and rough walls in non-stationary modes with falling the charge of the heat-carrier are submitted. Influence of a roughness of a wall on change of structure of a biphase stream is shown. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя Features of definition of the moment of drainage heat-generatihg of the surface in emergency operation with loss of the heat-carrier Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя Ковецкая, М.М. Лаврик, В.М. Богорош, А.Т. |
| title | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| title_alt | Features of definition of the moment of drainage heat-generatihg of the surface in emergency operation with loss of the heat-carrier |
| title_full | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| title_fullStr | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| title_full_unstemmed | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| title_short | Особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| title_sort | особенности определения момента осушения теплоотдающей поверхности в аварийных режимах с потерей теплоносителя |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61323 |
| work_keys_str_mv | AT koveckaâmm osobennostiopredeleniâmomentaosušeniâteplootdaûŝeipoverhnostivavariinyhrežimahspotereiteplonositelâ AT lavrikvm osobennostiopredeleniâmomentaosušeniâteplootdaûŝeipoverhnostivavariinyhrežimahspotereiteplonositelâ AT bogorošat osobennostiopredeleniâmomentaosušeniâteplootdaûŝeipoverhnostivavariinyhrežimahspotereiteplonositelâ AT koveckaâmm featuresofdefinitionofthemomentofdrainageheatgeneratihgofthesurfaceinemergencyoperationwithlossoftheheatcarrier AT lavrikvm featuresofdefinitionofthemomentofdrainageheatgeneratihgofthesurfaceinemergencyoperationwithlossoftheheatcarrier AT bogorošat featuresofdefinitionofthemomentofdrainageheatgeneratihgofthesurfaceinemergencyoperationwithlossoftheheatcarrier |