Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность реакторов и установок ЯТЦ»

Все доклады секции


УСЛОВИЯ УХУДШЕНИЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЗОНЫ НАГРЕВА СЛАБООТКЛОНЕННОГО ОТ ГОРИЗОНТАЛИ ТЕРМОСИФОНА

Балунов Б.Ф., Щеглов А.А.

ОАО «НПО «ЦКТИ»

Сайкова Е.Н., Ильин В.А.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Термосифоны (ТС) - полые, запаянные с обоих торцов трубы, частично заполненные кипящим теплоносителем - являются перспективными теплопередающими элементами в системах пассивного охлаждения объектов ядерной энергетики. Обладая простотой конструкции, автономностью и наличием двойного высокотеплопроводного барьера между нагреваемым и охлаждаемым теплоносителем, они позволяют существенно повысить надежность и безопасность работы теплообменников, состоящих из ТС. Одним из факторов, влияющих на работоспособность ТС, является ухудшение охлаждения зоны нагрева. Однако работ по данной тематике посвященных слабонаклонным (удобным при компоновке) ТС ранее не проводилось.

Потому основной задачей являлось определение условий ухудшения охлаждения зоны нагрева слабоотклоненных от горизонтали ТС.

Эксперименты были проведены на модели ТС натурных размеров (диаметр Dн/Dвн=50/46мм и длина 5.8м), частично заполненной конденсатом. Нижняя часть модели длиною 3,15м представляла зону нагрева (з.н.). В ее пределах по стенке трубы пропускался электрический ток. Верхняя часть модели длиной 2,1 м представляла зону охлаждения (з.о.), которая была помещена в открытый сосуд с кипящей водой (t=1000C). Между этими зонами располагался адиабатный участок длиною 0.55 м.

На основе 82 опытов, проведенных при =(1.5; 3 и 5) и р=0.18-4.9 МПа, были выявлены следующие виды ухудшения охлаждения зоны нагрева наклонного ТС:

• недостаточное заполнение з.н. пароводяной смесью. В слабоотклоненном от горизонтали ТС, вследствие дополнительного азимутального стекания пленки и скопления ее у нижней образующей трубы, выше уровня пароводяной смеси происходило осушение обогреваемой поверхности з.н. и ее перегрев в верхней части сечения ТС;

• при очень малых углах наклона ТС (<=2) даже при полном водяном заполнении з.н. происходит сепарация пара с образованием у верхней образующей з.н. низко теплопроводной паровой пленки, медленно поднимающейся вдоль этой образующей.

Толщина пленки увеличивается к верхнему сечению з.н., что вызывает монотонный рост перегрева поверхности верхней образующей по длине з.н. Этот вид ухудшения теплообмена происходил при определенных значениях удельного теплового потока (qкр) и при обобщении данных по qкр использовался критерий С.С. Кутателадзе:

который устранял расслоение опытных данных по давлениям. При =(0; 1.35; 1.53; 2.0)° значения Ккр, соответственно, составили (0.14±0.02; 0,7±0,1; 0.89±0,02; 1.06±0,04) 10-3. Все они обобщались соотношением:

Ккр=1.4 10-4(1+26,9), где [рад] (1),

при =0,0.35 рад=0,2°. Приведенная зависимость Ккр=f() близка к аналогичной зависимости, полученной в [1] при охлаждении снизу обогреваемой плоской пластины:

Ккр=2 10-3(1+25.8), при =00.163рад=09.4°. Существенно более низкое значение постоянной в соотношении (1), вероятно, связано с концентрацией паровых включений у верхней образующей з.н. трубы и, как следствие, большей толщиной паровой прослойки по сравнению с плоской поверхностью.

В итоге, привлекая к обобщению также данные работ с вертикальными и наклонными термосифонами, предложены соответствующие обобщающие соотношения.

Литература

1. Балунов Б.Ф., Бабыкин А.С., Живицкая Т.С. Комплекс замыкающих соотношений, описывающих интенсивность охлаждения днища реактора в залитой водой шахте. Сб. Теплогидравлические коды для энергетических реакторов. Тезисы докладов отраслевой конференции. Обнинск. 29-31. мая 2001, с.118-120.

2. Балунов Б.Ф., Илюхин Ю.Н., Смирнов Е.Л. Кризис теплообмена в каналах с заглушенным торцом. Т.В.Т., 1987, т. 25, № 1, с. 116-124.

3. Балунов Б.Ф., Говядко Д.Г., Илюхин Ю.Н., Киселев В.И. Необходимая степень заполнения и предельная мощность двухфазного термосифона. «Теплоэнергетика» 1992, № 8, с. 57-61.

4. Балунов Б.Ф., Белов А.А., Ильин В.А., Сайкова Е.Н., Щеглов А.А., Условия ухудшения охлаждения зоны нагрева слабоотклоненного от горизонтали термосифона. «Энергомашиностроение», 2006, №2, с. 25-29.