Сборник тезисов докладов IX Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2006

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность ядерных технологий»

Все доклады секции


МЕТАСТАБИЛЬНОСТЬ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ВОДЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Сайкова Е.Н.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Балунов Б.Ф., Щеглов А.А.

НПО ЦКТИ

В настоящее время недостаточно исследованы метастабильные процессы, связанные с перегревом турбулентного потока воды (Re 104). Этим значениям числа Рейнольдса, например, для труб большого диаметра (d 0,1 м) при t 100oC могут соответствовать весьма низкие скорости теплоносителя (w 0,03 м/с), что характерно для работы тяговых участков контуров естественной циркуляции системы пассивного отвода тепла от первого контура АЭС и для ряда иных установок.

Задачей выполненного научного исследования являлось:

·         определение максимальных величин перегрева воды при её низких давлениях и скоростях;

·         определение условий реализации этих перегревов.

Объектом исследования являлась верхняя часть тягового участка полновысотной (35 м) модели циркуляционного контура системы охлаждения вакуумной камеры международного термоядерного реактора ИТЭР. Рассмотрен вариант схемы выполнения циркуляционного контура со вскипанием воды на подъёмном участке между вакуумной камерой и сепаратором (тяговый участок).

Движущийся в контуре теплоноситель представлял собой конденсат, прошедший предварительное дегазирование, который непрерывно дегазировался при сепарации пара. Все элементы тягового участка выполнены из нержавеющей стали. Таким образом, обеспечивались условия, необходимые для существенного перегрева (отсутствие газовых и механических включений в жидкости, чистота поверхности соответствует условиям работы реальных контуров).

При проведении экспериментов от опыта к опыту малыми ступенями увеличивалась мощность электронагревателей модели вакуумной камеры, что приводило к росту перегрева воды tпер, фиксируемого термопарами, расположенными вдоль тягового участка. Было выявлено, что в тяговом участке предельные значения перегрева воды tпред достигаются на удалении 0,6 м от «генератора возмущения».

Отличительной особенностью настоящих экспериментов является стационарное существование рассматриваемого перегрева воды с его разрушением в фиксированном сечении по высоте тягового участка после достижения tпред.

Все виды обработки были выполнены в виде безразмерных критериев при непременном включении в значение функции величин tпред, а в значение её аргумента величины скорости потока. Один из видов обработки был выполнен в критериях Якоба Ja = f(We*; `/``); где Ja = cptпред/r; модифицированное число Вебера We* = We/Re = w'/. Результаты обобщаются соотношением:

Ja = 1.4.10-7`/``/(We*)0.5.

Анализ вышеприведённого соотношения показывает, что не прослеживается зависимость функции как от места расположения сечения фиксации величины tпред (номера термопары), так и от возмущающего влияния циркуляционного насоса. Также отсутствует расслоение результатов опытов, проведённых при естественной и принудительной циркуляции теплоносителя.

В итоге при проведении экспериментов в следующем диапазоне режимных параметров: рсеп = 32-165 кПа (абс), скорость воды в тяговом участке w = (5,3 - 42).10-2 м/с, Re = (9 - 72).103 максимальные значения перегрева воды составили tпермакс = 1,2 - 10,8 К.

Изучение метастабильности является довольно важной проблемой, в том числе и в области безопасности ядерных технологий. Это явление, оставленное без внимания, может привести
к гидродинамической неустойчивости, а как следствие к снижению ресурсов работы теплообменников и других конструкций, в которых подразумевается движение пароводяной смеси. Метастабильность, приводя к переменным расходам и напряжениям теплоносителя, может вызвать трещины и повреждения, ограничивающие сроки службы конструкций.

Литература

1.              Алексеев С.Б., Илюхин Ю.Н., Кухтевич В.О., Светлов С.В., Сидоров В.Г.Критическая мощность парогенерирующих каналов при низких скоростях циркуляции теплоносителя. «Теплофизические аспекты безопасности ВВЭР». Труды международного семинара «Теплофизика-98», Обнинск, ФЭИ, 1998г.,т.1, с. 283-292.

2.              Бабыкин А.С., Балунов Б.Ф., Репин В.Ф., Тишенинова В.И. Реактивные усилия и расходы при критическом истечении вскипающей воды из разуплотненного трубопровода. Энергомашиностроение, 1982, № 6, с. 5-7.

3.              РД 24.035.05-89. Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС. НПО ЦКТИ. Л. 1991.

4.              Хабенский В.Б., Мигров Ю.А., Токарь О.В. Особенности использования модели дрейфа фаз в расчетных динамических реакторных программах. ИФЖ., 1994, т. 67, № 3-4, с. 209-218.