 |
Определение тепло-гидравлических параметров по высоте канала в расчёте на среднюю тепловую нагрузку
|
|
|
|
1) Находим функцию Бесселя с помощью ПО Excel:
[11]
Определяем функцию Бесселя первого порядка из выражения [11]: 
Для расчёта линейного теплового потока в расчёте на одну ТВС 
определяем:
2) Коэффициент неравномерности по радиусу:
[12]
По формуле [12] определяем: 
3) Коэффициент неравномерности по высоте:
[13]
По формуле [13] определяем: 
4) Объёмный коэффициент по неравномерности только с учётом макрораспределения энерговыделения по объёму активной зоны:
[14]
По формуле [14] определяем: 
5) Линейный тепловой поток в центральной плоскости активной зоны реактора, для наиболее нагруженного ТВС:
[15]
По формуле [15] определяем: 
6) Линейный тепловой поток в центральной плоскости активной зоны реактора, для ТВС на среднюю нагрузку:
[19]
По формуле [19] определяем: 
7) Распределение линейного теплового потока 
по высоте канала:
[20]
По формуле [20] определяем линейный тепловой поток по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:
По формуле [20] определяем линейный тепловой поток по высоте канала для ТВС на среднею нагрузку. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:
Остальные рассчитанные значения по формуле [20] занесём в таблицу 2.
| z, (м) | , (Вт/м) для максимально нагруженной ТВС
| , (Вт/м) для средне нагруженной ТВС
|
| -3,25 | 107852,11 | 58402,13 |
| -2,6 | 217240,70 | 117636,27 |
| -1,95 | 311439,94 | 168645,34 |
| -1,3 | 383863,46 | 207862,82 |
| -0,65 | 429447,44 | 232546,64 |
| 445004,69 | 240970,92 | |
| 0,65 | 429447,44 | 232546,64 |
| 1,3 | 383863,46 | 207862,82 |
| 1,95 | 311439,94 | 168645,34 |
| 2,6 | 217240,70 | 117636,27 |
| 3,25 | 107852,11 | 58402,13 |
Таблица 2 – Распределение линейного теплового потока по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС.
|
|
|
Данные значения приведённые в таблице [2] изображены на рисунке [1].
Рисунок 1 – График зависимости теплового потока для средне и максимально нагруженной ТВС от аксиальной координаты z.
8) Распределение поверхностного теплового потока 
по высоте канала.
[21]
где коэффициент 0,94 определяет отличие теплового потока выделяемого в теплоноситель от ТВС, от суммарной тепловой мощности реактора.
По формуле [21] определяем поверхностный тепловой поток по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:
По формуле [21] определяем поверхностный тепловой поток по высоте канала для ТВС на среднею нагрузку. Для примера определяем в трёх точках: на входе в канал в центральной его части и на выходе из канала:
Остальные рассчитанные значения по формуле [21] занесём в таблицу 3.
| z, (м) |  , (Вт/м) для максимально нагруженной ТВС
| , (Вт/м) для средне нагруженной ТВС
|
| -3,25 | 133791,75 | 72448,50 |
| -2,6 | 269489,52 | 145929,11 |
| -1,95 | 386344,72 | 209206,43 |
| -1,3 | 476186,90 | 257856,15 |
| -0,65 | 532734,35 | 288476,70 |
| 552033,29 | 298927,12 | |
| 0,65 | 532734,35 | 288476,70 |
| 1,3 | 476186,90 | 257856,15 |
| 1,95 | 386344,72 | 209206,43 |
| 2,6 | 269489,52 | 145929,11 |
| 3,25 | 133791,75 | 72448,50 |
Таблица 3 – Распределение поверхностного теплового потока по высоте канала для наиболее нагруженной ТВС.
Данные значения приведённые в таблице [3] изображены на рисунке [2]. 
Рисунок 2 – График зависимости поверхностного теплового потока для средне и максимально нагруженной ТВС от аксиальной координаты z.
9) Расход теплоносителя через одну ТВС:
Для определения расхода через одну ТВС необходимо знать энтальпию теплоносителя на выходе из АЗ формула [22]:
[22]
где: 
- энтальпия воды в состоянии насыщения при
T=290,51 С0 и Р=7,5 МПа (литература [1]);
|
|
|
- удельная теплота парообразования при T=290,51 С0 и
Р=7,5 МПа (литература [1]);
- среднее массовое паросодержание на выходе из активной зоны
(из исходных данных);
По формуле [22] определяем: 
Расход теплоносителя через одну ТВС имеет вид:
[23]
где 
- энтальпия на входе в активную зону.
По формуле [23] определяем: 
10) Энтальпия теплоносителя по высоте канала определяется из соотношения [24]:
[24]
Из соотношения [24] определяем значения энтальпии по высоте канала, для примера приведём расчет одной точки канала (-2,6):
Значения для остальных точек проводятся аналогично, полученные результаты приведены ниже по тексту.
| z [м] | -3,25 | -2,6 | -1,95 | -1,3 | -0,65 | 0,65 | 1,3 | 1,95 | 2,6 | 3,25 | |
| i(z) [КДж/кг] |
Рассчитанные значения в пункте [10] изображены на рисунке [3] в виде графика.
Рисунок 3 – Энтальпия теплоносителя по высоте канала для средне нагруженной ТВС.
11) Для дальнейших вычислений определяем следующие параметры:
11.1) Плотность воды на линии насыщения:
[25]
где 
- удельный объём кипящей воды при температуре насыщения T=290,51 С0 и P=7,5 МПа (литература [3])
По формуле [25] определяем: 
11.2) Плотность сухого насыщенного пара:
[26]
где 
- удельный объём сухого насыщенного пара при температуре насыщения T=290,51 С0 и P=7,5 МПа (литература [3])
По формуле [26] определяем: 
11.3) Поверхностное натяжения при температуре насыщения T=290,51 С0: 
(литература [3])
11.4) Критическое давление: 
(литература [3])
11.5) Скорость свободного падения: g=9,8 м/с2 (литература [3])
12) Скорость циркуляции определим из соотношения:
[27]
По формуле [27] определяем: 
13) Диаметр отрывного пузыря:
[28]
По формуле [28] определяем: 
14) Определяем обобщённый критерий Рейнольдса при кипении:
[29]
По формуле [29] определяем: 
15) Рассчитываем среднею тепловую нагрузку в канале для дальнейшего определения относительной энтальпии в точке начала кипения:
[30]
По формуле [30] определяем: 
19) Относительная энтальпия в точке начала кипения:
[31]
где число -0,49 (берётся из литература [1])
- средняя тепловая нагрузка в канале;
- плотность воды на линии насыщения;
- скорость циркуляции теплоносителя;
- удельная теплота парообразования на линии насыщения;
|
|
|
- рабочее давление (из исходных данных)
- давление в критической точке;
Re – обобщённый критерий Рейнольдса при кипении.
Все эти данные определены в пунктах [9], [11], [12], [14], 15] данного расчёта.
По формуле [31] определяем: 
Ниже по тексту параметр 
отображен графически на рисунке [4].
20) Истинное объёмное паросодержание в точке поверхностного кипения:
[32]
где число 0,43 (берётся из литературы [1])
- средняя тепловая нагрузка в канале;
- плотность воды на линии насыщения;
- скорость циркуляции теплоносителя;
- удельная теплота парообразования на линии насыщения;
- рабочее давление (из исходных данных)
- давление в критической точке.
Re – обобщённый критерий Рейнольдса при кипении.
Все эти данные определены в пунктах [9], [11], [12], [15] данного расчёта.
По формуле [32] определяем: 
21) Расходное объёмное паросодержание в точке начала термически равновесного кипения:
[33]
где число 3,22 (берётся из литература [1])
- средняя тепловая нагрузка в канале;
- плотность воды на линии насыщения;
- скорость циркуляции теплоносителя;
- удельная теплота парообразования на линии насыщения;
По формуле [33] определяем: 
22) Массовое паросодержание в точке начала термически равновесного кипения:
[34]
где - плотность воды на линии насыщения;
- плотность сухого насыщенного пара;
По формуле [34] определяем: 
Ниже по тексту параметр отображён графически на рисунке [4].
23) Коэффициент проскальзывания в точке термически равновесного кипения:
[35]
Здесь:
Параметр Фруда:
[36]
Где скорость смеси:
[37]
Скорость смеси состоит из следующих составляющих:
Приведённая скорость пара:
[38]
где - плотность воды на линии насыщения;
- плотность сухого насыщенного пара;
- скорость циркуляции теплоносителя;
- расходное объёмное паросодержание в точке начала термически равновесного кипения
По формуле [38] определяем: 
Приведённая скорость влаги:
[39]
По формуле [39] определяем: 
По формуле [37] определяем скорость смеси: 
По формуле [36] определяем: 
По формуле [35] определяем: 
|
|
|
24) Истинное объёмное паросодержание в точке термически равновесного кипения:
[40]
По формуле [40] определяем: 
25) Относительная энтальпия по высоте канала определяется из соотношения:
[41]
где 
- энтальпия воды в состоянии насыщения при
T=290,51 С0 и Р=7,5 МПа (литература [3]);
- энтальпия водяного пара в состоянии насыщения
при T=290,51 С0 и Р=7,5 МПа (литература [3]);
- энтальпия теплоносителя по высоте канала.
Из соотношения [41] определяем значения относительной энтальпии по высоте канала, для примера приведём расчет одной точки канала (-2,6):
Значения для остальных точек проводятся аналогично, полученные результаты приведены ниже по тексту.
| z, м | -3,25 | -2,6 | -1,95 | -1,3 | -0,65 | 0,65 | 1,3 | 1,95 | 2,6 | 3,25 | |
| xотн | -0,108 | -0,096 | -0,076 | -0,049 | -0,018 | 0,016 | 0,05 | 0,081 | 0,107 | 0,128 | 0,14 |
Рассчитанные значения в пункте [25] изображены на рисунке [4] в виде графика.
26) Координата начала кипения:
[42]
где для расчета взяты две точки: 
соответственно 
;
соответственно 
;
- промежуток между точками.
По формуле [42] определяем: 
27) Координата поверхностного кипения:
[43]
где для расчета взяты две точки: 
соответственно ;
соответственно 
;
- промежуток между точками.
По формуле [43] определяем: 
28) Координата начала кипения:
[44]
где для расчета взяты две точки: 
соответственно 
;
соответственно 
;
- промежуток между точками.
По формуле [44] определяем: 
Полученные при расчётах данные в пунктах [25], [26], [27], [28] изображены на рисунке [4].
Рисунок 4 – Относительная энтальпия теплоносителя по высоте канала для средне нагруженной ТВС.
29) Коэффициент теплоотдачи на участке конвективного теплообмена:
[45]
где: обобщённый критерий критерий Рейнольдса для конвективного участка канала (литература [1]):
[46]
где 
- вязкость жидкости (литература [2])
По формуле [46] определяем: 
теплопроводность: 
(литература [1])
критерий Прандтля: 
(литература [1])
критерий A:
[47]
шаг решётки: 
(принимаем из условия диапазон для треугольной решётки s/d=1,1÷1,8)
По формуле [47] определяем: 
По формуле [45] определяем:
30) Коэффициент теплоотдачи в большом объёме при развитом кипении воды:
[48]
где 
- рабочее давление (из исходных данных)
- средняя тепловая нагрузка в канале
По формуле [48] определяем:
31) Коэффициент теплоотдачи при кипении воды, недогретой до температуры насыщения участок от zн.к. до zп:
[49]
где 
- средняя тепловая нагрузка в канале на участке
от zн.к. до zп;
- температура насыщения;
- средняя температура на участке от zн.к. до zп.
По формуле [49] определяем:
32) Определим коэффициент теплоотдачи на промежутке от zп до zр.
Для этого используем ту же формулу, что и на участке от zн.к. до zп,но со своими параметрами.
|
|
|
[50]
где 
- средняя тепловая нагрузка в канале на участке
от zп до zр;
- температура насыщения;
- средняя температура на участке от zп до zр.
По формуле [50] определяем:
33) Коэффициент теплоотдачи при кипении воды в каналах для развитого пузырькового кипения на участке от zр и до конца канала z=3,25:
[51]
Где
[52]
По формуле [52] определяем:
Здесь 
- конвективный коэффициент теплоотдачи;
r – скрытая теплота парообразования при T=290,51 С0 и Р=7,5 МПа
(литература [1]);
- коэффициент зависит от соотношения эффективности
|
|
|
