Оглавление
Обозначения и сокращения........................................................- 4 -
Введение........................................................................- 9 -
1. Существующие методы и модели, применяемых для расчета течения двухфазных потоков жидких металлов.........................................................- 14 -
1.1 Современные модели для описания кипения в потоках жидких металлов в ЯЭУ.- 14 -
1.1.1 Особенности тсплогидравлики жидких металлов..........................- 14 -
1.1.2 Кипение жидких металлов в большом объеме.............................-16 -
1.1.3 Расчет теплоотдачи при кипении в каналах.............................- 18 -
1.1.4 Критические тепловые потоки..........................................- 20 -
1.1.5 Математические модели современных программных средств, для расчета кипение в потоке натрия...............................................- 24 -
1.2 Физические модели существующих теплогидравлических программных комплексов, предназначенных для моделирования процессов кипения натриевого теплоносителя в ЯЭУ...........................................................................-27-
1.2.1 Теплогидравлический код SABF.NA......................................- 27 -
1.2.2 Тенлогидравлическнй код TRACE........................................- 29 -
1.2.3 Теплогидравлический код TI1ERMIT-6S..................................- 32 -
1.2.4 Тенлогидравлическнй код GRIF-SM......................................- 33 -
1.2.5 Теплогидравлический код TWOCB........................................- 33 -
1.2.6 Сравнение моделей для расчета трения и теплообмена различных программных кодов......................................................................- 34 -
2. Разработка моделей и программного средства для численного расчета кипения в потоке натрия..........................................................................- 38 -
2.1 Законы сохранения массы, энергии и импульса. Численная рсатизация уравнений сохранения....................................................................- 38 -
2.1.1 Уравнение неразрывности..............................................- 39 -
2.1.2 Уравнение энергии....................................................- 42 -
2.1.3 Уравнение движения...................................................-45 -
2.2 Модуль расчета тсплофизических свойств натрия в жидком и газообразном состоянии.....................................................................-48 -
2.2.1 Уравнение состояния на линии насыщения...............................- 48 -
2.2.2 Уравнение состояния натрия вдали от линии насыщения..................- 51 -
2.3 Физические модели и системы замыкающих соотношений, применяемые в программном комплексе, для расчета кипения в двухфазном потоке натрия.........- 58 -
2.3.1 Карта режимов течения................................................- 58 -
2.3.2 Площадь межфазной поверхности........................................- 59 -
2.3.3 Трение со стенками канала............................................- 62 -
2.3.4 Межфазное трение.....................................................- 64 -
2.3.5 Межфазный теплообмен.................................................- 68 -
2.3.6 Теплообмен со стенкой. Модель для нестабнлизовашюго кипения:.........- 69 -
2.3.7 Теплообмен со стенкой. Модель для стабилизованного кипения...........- 71 -
2.3.8 Межфазный массообмен.................................................- 72 -
2.4 Совместный расчет нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в реакторах с жидкомегаллическим охлаждением....................................- 73 -
3. Моделирование процессов кипения натриевого теплоносителя. Обоснование выбора системы замыкающих соотношений..................................................- 77 -
3.1 Трение о стенку в двухфазном режиме при кипени нагрня в каналах. Эксперименты Котовского и Зейгарника.......................................................- 77 -
3.2 Теплообмен со стенкой в двухфазном режиме. Эксперименты Зейгарника - 83 -
3.3 Нестационарное кипение натрия. Эксперименты Кайзера - 85 -
Выводы..........................................................................- 90 -
Список литературы...............................................................- 92 -
-3-
Обозначения и сокращения
Список сокращений:
ВВЭР - Водо-водяной энергетический реактор.
БН - Быстрый натриевый реактор.
ЯЭУ-Ядерная энергетическая установка.
ТВЭЛ - Тепловыделяющий элемент.
СУЗ - Система управления и защиты.
КС - Компенсирующие стержни.
РС - Регулирующие стержни.
АЗ - Активная защита.
Список обозначений: а — Объемное паросодержание. ай - Объемная доля газа.
аг - Объемная доля жидкости.
ап,,п _ Минимальная объемная доля газа в ячейке.
Р - Давление, Па.
Р, - Давление пара на линии насыщения, Па.
- Энтальпия газа, Дж/кг.
Ьг - Энтальпия жидкости, Дж/кг.
И1У - Энтальпия пара на межфазной 1ранице, Дж/кг.
Ь,г - Энтальпия жидкости па межфазной границе, Дж/кг.
- Энтальпия пара на линии насыщения, Дж/кг.
Ь{% - Энтальпия жидкости на линии насыщения, Дж/кг.
Ук - Скорость газа на межфазной поверхности, м/с.
У, - Скорость жидкости на межфазной поверхности, м/с. у, - Скорость газа, м/с. у. - Скорость жидкости, м/с.
А - Сечение канала, м2.
А, -1 Тлощадь межфазной поверхности в единице объема, м'1.
р6 - Плотность газа, кг/м3.
р, - Плотность жидкости, кг/м3.
рГ5 - Плотность жидкости на линии насыщения, кг/м3.
Г - Скорость межфазного массообмена в единице объема, кг/м3с.
Г? - Скорость межфазного массообмена в пар в единице объема, кг/м3с.
Гг - Скорость межфазного массообмена в жидкость в единице объема, кг/м3с.
т - Временной шаг, с.
- Сила трения газа со стенкой отнесенная к единице объема, Н/м3.
- Сила трения жидкости со стенкой отнесенная к единице объема, Н/м3. т1г - Потеря давления на локальных сопротивлениях для газа, Н/м3.
т1Г - Потеря давления на локальных сопротивлениях для жидкости, Н/м3.
Ч - Поток тепла, Вт/м2.
*>
()1Г - Межфазный теплообмен со стороны газовой фазы, Вт/м .
()1Г - Межфазный теплообмен со стороны жидкой фазы, Вт/м3.
<3^ - Теплообмен газовой фазы со стенкой, Вт/м3.
0^ - Теплообмен жидкой фазы со стенкой, Вт/м3.
- Теплопроводность газа, Вт/м*К. кг - Теплопроводность жидкости, Вт/м-К.
^ - Коэффициент межфазного теплообмена со стороны пара, Вт/м3К.
Х1( - Коэффициент межфазного теплообмена со стороны жидкости, Вт/м3К. I - Время, с.
Т - Температура, К.
Те - Температура газа, К.
Тг - Температура жидкости, К.
Т5 -Температура на линии насыщения, К.
Т,у - Температура пара на линии насыщения, К.
7. - Координата вдоль оси z, м.
1 - Длина, м.
0 - Угол наклона канала к горизонту, рад.
% - Коэффициент трения со стенкой.
<; - Активность.
Хш - Параметр Локкарта-Мартинелли.
-б-
g - Ускорение свободного падения, м/с2.
G, - Массовая скорость газа, кг/м2с.
Gf - Массовая скорость жидкости, кг/м2с.
1)ь - Диаметр пузырька, м.
Dh - Гидравлический диаметр, м.
к„, - Коэффициент зрения с межфазной поверхностью со стороны i-аза, кг/м с.
kjf - Коэффициент трения с межфазной поверхностью со стороны жидкости, кг/м3с.
с|Х) - Коэффициент трения для пузырька газа в жидкости.
Cfl - Коэффициент трения газа с жидкостью в кольцевом режиме течения.
С - Удельная теплоёмкость газа, Дж/кг-К.
ГР
Ср, - Удельная теплоёмкость жидкости, Дж/кг-К.
Cwf - Доля жидкости, соприкасающаяся со стенкой канала.
Cwg - Доля газа, соприкасающаяся со стенкой канала.
Re - Число Рейнольдса.
Ref - Число Рейнольдса для жидкости.
Reb - Число Рейнольдса для пузырька в жидкости.
Refc - Число Рейнольдса для относительного движения жидкости и газа.
Ре - Число Пекле.
Nu - Число Нуссельта.
Nu? - Число Нуссельта для газа, теплообмен со стенкой.
-7-
Nur - Число Нуссельта для жидкости, теплообмен со стенкой. Рг¥ - Число Прандтля для газа.
Prf - Число Прандтля для жидкости.
- Динамическая вязкость газа. pv - Динамическая вязкость пара. pf - Динамическая вязкость жидкости.
S - Шаг решетки ТВЭЛ, м.
D - Диаметр канала, м.
1)П11[ - Диаметр стержня, м.
ünI - Внутренний диаметр канала, м.
DC4| - Внешний диаметр канала, м.
R - Универсальная газовая постоянная, Дж/моль-К. ßT - Коэффициент изотермической сжимаемости, Па'1, а - Коэффициент поверхностного натяжения, Н/м.
N - Мощность, Вт.
Нижние индексы:
f - параметры жидкой фазы, g - параметры газовой фазы, i - параметры на межфазной границе, j - идентификатор фазы (f, g). s - параметры в состоянии насыщения, w - параметры на стенке.
-8-
- Київ+380960830922