Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Общие положения n n n Основные факторы г/д процессов - режим движения и структура потока Для 1 -фазных процессов разработан метод расчета исходя из разделения потоков на 2 вида - с ламинарным и турбулентным режимами. Для 2 -фазных потоков расчеты усложнены - роль эмпирических исследований Определяющий параметр г/д процессов - скорость Скорости определяют гидравлические сопротивления Основные задачи гидродинамики ПГ: n определение потерь давления при движении среды, n расчет распределения расходов и скоростей среды по каналам, n обеспечение гидравлической устойчивости течения
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Сопротивление движению однофазного потока n n n На движущийся поток действуют: n трение – вызывается вязкостью – Δpт, n местные сопротивления – вызваны изменением формы каналов, поворотами, сужениями и т. д. – Δpм, n сопротивление ускорению потока – при подводе тепла происходит рост объема среды, а значит, и скорости потока. Ускорение потока сопровождается появлением дополнительного сопротивления – Δpуск, n нивелирное сопротивление – в каналах с подъемным движением необходимость преодолевать силу тяжести. При опускном движении будет со знаком минус - Δpнив. сумма сопротивлений трения и местных сопротивлений – гидравлическое сопротивление: Δpг = Δpт + Δpм, полное сопротивление участка: Δp = Δpг + Δpуск Δpнив, Δpнив = g r ΔH, [Па]. ΔH – высота участка, в горизонтальных ПГ Δpнив 0, Δpуск = w 22 r 2 – w 12 r 1, w и r – скорости и плотности на входе и выходе, в ПГ АЭС изменение w невелико, Δpуск мало. Значит, основное сопротивление движению потока – гидравлическое Δp Δpг
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Сопротивление движению однофазного потока n n n Сопротивление трения для изотермического потока в трубах с постоянным сечением: Коэффициент трения зависит от вида жидкости, режима течения и шероховатости стенок ш. При высоких значения Re к-т трения определяется только относительной шероховатостью ш /rвн Шероховатость труб из углеродистой стали <0. 1 мм, нержавеющих - <0. 05 мм, со временем меняется из-за коррозии Сопротивление трения пропорционально квадрату скорости! Местные сопротивления: Δрм = м r w 2/2 м – к-т местного сопротивления – не зависит от Re, определяется только типом местного сопротивления. Значения м = 0. 5 1. 5 - получены эмпирическим путем, например: вход в трубы из коллектора 0. 5 поворот на 90° 0. 2 0. 4 резкое сужение сечения 0. 5(1 -fм/fб)
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Сопротивление движению однофазного потока n n n n Итак, при продольном обтекании трубных пучков: Δрг = Δрт + Δрм = ( м + т l/d) r w 2/2 если каналы не круглой формы, то d=dэ=(d 2 в. к. – n d 2 н)/(dв. к. + n dн) где dв. к. – внутр. диаметр корпуса, n – число труб в пучке, dн – наружный d труб При поперечном омывании трубных пучков основное сопротивление местное (попеременные сужения и расширения проходного сечения). Сопротивление трения не определяют, а вычисляют суммарное гидравлическое сопротивление: Δрм = поп r w 2/2 поп – к-т сопротивления поперечного пучка зависит от констр. характеристик и режима течения: n для шахматных пучков: поп = (a+bz 2)Re-0. 28 n для коридорных пучков: поп = (a+bz 2)Re-0. 26 (s 1/dн)-0. 23 здесь z 2 – число рядов труб в пучке, a и b – константы, зависят от шагов S 1 и S 2 Если поток набегает под углом, то добавляют поправку, которая зависит от угла e=(0. 15 - 1. 0)
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Характеристики двухфазного потока n n n При установившемся режиме движение двухфазной среды характеризуется постоянством массового расхода пароводяной смеси (Dсм) через любое сечение. Но средние по сечению скорости фаз между собой не равны! (wп<>wв) Формулы однофазных потоков применимы и для двухфазных, если их рассматривать как гомогенные, то есть без участия относительной скорости фаз. Но для расчета г/д характеристик 2 -фазного потока нужно использовать rсм и wсм в рассматриваемом сечении. Их определяют, в основном, экспериментально. Основные уравнения для определения характеристик потока: n уравнение сплошности: D 0 = Dв + Dп = Dсм , кг/с n уравнение теплового баланса: Qсм = Qв + Qп Dсмh = Dвh’ + Dп(h’+r) [1] Основные характеристики: n массовое расходное паросодержание: x = Dп/Dсм = Dп/(Dв+Dп), если [1] поделить на Dсм, то получим: n x=(h-h’)/r – относительная энтальпия 2 -фазного потока; n x<0 - в недогретой воде, n x>1 - в перегретом паре, n 0 x 1 – расходное паросодержание пароводяной смеси Массовые х-ки являются исходными для получения величин, позволяющих производить г/д расчеты
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Характеристики двухфазного потока n n n Приведенные скорости воды и пара, и скорость циркуляции. Приведенные скорости – отношение объемного расхода фазы к полному поперечному сечению канала: n w"0 = Vп/f = Dп v"/f = Dп/(ρ" f) - приведенная скорость пара, n w'0 = Vв/f = Dв v'/f = Dв/(ρ' f) - приведенная скорость воды, Скорость циркуляции – это скорость, которую имела бы вода в данном сечении, если бы проходила через это сечение с массовым расходом, равным расходу пароводяной смеси: w 0 = Dсм v'/f = Dсм/(ρ' f) Если выразить массовое паросодержание через приведенные скорости, то x = w"0 ρ"/ w 0 ρ' Приведенные скорости постоянно изменяются в зависимости от х, а скорость циркуляции постоянна в любом сечении канала Уравнение сплошности: w 0 ρ' = w'0 ρ' + w"0 ρ" = wсм ρсм = const
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Характеристики двухфазного потока n n n Действительные скорости двухфазного потока определяются по действительным сечениям, занимаемым фазами: fп и fв : n wп =Vп / fп =w"0 (f/fп) – действительная скорость пара, n wв =Vв / fв =w'0 (f/fв) – действительная скорость воды, Скольжение фаз: скорости пара и воды не равны между собой. При горизонтальном и подъемном движении wп > wв, при опускном wп < wв. Разность скоростей (скорость скольжения фаз) тем больше, чем больше разность плотностей. Истинное паросодержание – доля сечения, занятая паром: φ = fп / f Истинное паросодержание определяется экспериментально. Однозначно определяет скорости фаз, смеси и плотность смеси: wп = w” 0/φ ; wв = w’ 0/(1 -φ) rсм = r’ - φ(r’ – r”) wсм = w 0 r’/(r’ - φ(r’ – r”)) При Dсм=const повышение скорости пара приводит к φ, а при уменьшении wп – φ растет. Значит, доля сечения занятая паром, в первую очередь зависит от скорости скольжения фаз.
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Характеристики двухфазного потока n n n При отсутствии экспериментальных данных принимают поток как гомогенный (wп=wв). При этом можно использовать объемное паросодержание: b = Vп/Vсм Связь между объемным и массовым паросодержанием: при х=0 – β=0, при x=1 – β=1, а в области 0<x<1 - x всегда меньше β. При этом разница между ними определяется отношением ρ"/ρ'. Для гомогенного потока можно определить значение плотности и скорости смеси: wсм = w 0[1+x(ρ'/ρ" - 1)] ρсм = ρ"/(x+(1 -x) ρ"/ρ') Использование массового и объемного паросодержаний позволяет получить только приближенные результаты.
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Режимы течения пароводяной смеси n n n Истинное паросодержание, используемое в расчетах, - средняя по сечению величина. Определяется на основе наблюдений. Возможны режимы течения п/в смеси: n а - пузырьковый (эмульсионный), n б - снарядный, n в - стержневой (кольцевой), n г - дисперсный. Переход от режимов пузырькового к стержневому – по мере роста паросодержания. Дисперсный режим характерен для высоких паросодержаний и высоких скоростей: водяная фаза равномерно распределена в паровой – поток представляет собой движущийся с высокой скоростью «туман» . Режим формируется из-за срыва водяной пленки со стенок и дробления на мелкие капли с равномерным распределением по сечению. При этом режиме скольжение фаз отсутствует и φ = b. Характерные режимы для ПГ АЭС: пузырьковый и стержневой. Снарядный – только при низких давлениях (до 3 МПа). При высоких паросодержаниях, но скоростях меньше критической, стержневой режим может существовать с тонким слоем водяной пленки. При больших тепловых потоках она может пересохнуть, что снизит интенсивность теплообмена.
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Режимы течения пароводяной смеси n n n Структура потока зависит от угла наклона труб. Симметричное движение – только в прямых вертикальных каналах. При угле наклона до 30° - режимы близки к режимам вертикальных труб, но с легкой асимметрией. В горизонтальных трубах возможны расслоенные режимы – полное разделение фаз по сечению. В случае высоких тепловых потоков – недопустимо. Возможность перехода к расслоенным режимам определяется массовой скоростью потока – чем выше скорость, тем выше перемешивание. Предельные значения массовой скорости, при которых отсутствует расслоение, растут с повышением давления и массового паросодержания потока.
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Гидравлические сопротивления при движении п/в смеси Для расчета ∆р при движении двухфазного потока необходимо упростить модель потока, рассматривая его как гомогенный. n Для гомогенного потока пароводяной смеси продольном омывании пучка труб: ∆рг=(∑ξм + ξ l/d) ρгсм ωгсм 2/2 или ∆рг = ∆рго [1 + x(ρ'/ρ"-1)] ∆рго – гидравлическое сопротивление при движении однофазной среды со скоростью ω0 и плотностью ρ'. n При расчете гидравлических сопротивлений при поперечном обтекании пароводяной смесью трубных пучков формула имеет вид: ∆рг. п. = ∆рг. п. о [1 + x(ρ'/ρ"-1)] n
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Особенности безнапорного движения пароводяной смеси n n n n Безнапорное движение пароводяной смеси характеризуется свободным подъемом паровой фазы в слое воды, средняя скорость которой близка к нулю. Барботаж имеет место в ПГ АЭС с погруженной поверхностью теплообмена и в барабанах-сепараторах. Барботажное устройство состоит из двух объемов: один занят двухфазной средой (где происходит барботаж), а другой —паром. Эти объемы отделяются друг от друга поверхностью - зеркалом испарения. Расход пара при барботаже однозначно характеризуется приведенной скоростью пара w” 0, которую называют нагрузкой зеркала испарения. Паровые пузырьки, движущиеся вверх, увлекают за собой прилегающие массы воды, которые также устремляются вверх. На некотором удалении от мест подъема пара осуществляется движение жидкости вниз. Таким образом, при барботаже пара через слой жидкости в общей массе создаются локальные микроконтуры естественной циркуляции с нейстойчивым подъемным и опускным движением массы жидкости. Экспериментально установлено, что паросодержание по сечению распределяется неравномерно. Наибольшее его значение - в центре. Неравномерность профиля паросодержаний увеличивается с увеличением w"0 и уменьшением диаметра барботажных устройств. Для выравнивания паровой нагрузки используется установка на пути движения паровых струй элемента с весьма большим гидравлическим сопротивлением по сравнению с сопротивлением свободного канала. Этот элемент – ПДЛ. Его задача — равномерное распределение пара по всему сечению.
Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Особенности безнапорного движения пароводяной смеси n n n Равномерное истечение пара из отверстий дырчатого щита возможно только при наличии под щитом устойчивой паровой подушки определенной толщины. Поэтому ПДЛ делают с отбортовкой (с закраинами). Дырчатый лист будет неэффективен, если δЛ < δмин. Минимальная величина подушки зависит от давления в барботере и от скорости истечения пузырей пара через отверстия w". Установлено, что w" зависит от количества поступившего пара и давления, которое определяет поверхностное натяжение и плотности фаз. С ростом расхода пара изменяются условия течения паровых образований, и при чрезмерном расходе его может наступить кризис барботажа. При кризисе барботажа дырчатый лист покрывается сплошным паровым слоем, отделяющим его от водяного объема. Такой режим недопустим. Существует критическая скорость истечения w"кр, соответствующая этому режиму. В барботажных устройствах большого диаметра установка только погруженного дырчатого листа не обеспечит равномерного распределения пара по сечению парового объема, если отвод пара неравномерен. Равномерное использование всего парового объема достигается установкой пароприемного щита перед пароотводящими трубами.
Скачать презентацию Парогенераторы АЭС Гидродинамические процессы в ПГ АЭС Общие
14_Leks_Gidrodinam.ppt