Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена в ПГ При заданном Qпг F связано с интенсивности теплообмена и температурного напора n Если величины tм и tб близки <=1. 7, то можно t = ( tм + tб)/2 n всегда t > tл, но не больше 4% n КТП (k) – характеризует интенсивность передачи тепла через стенку n В ПГ АЭС – многослойная цилиндрическая стенка (трубка + загрязнения: окисные пленки и отложения примесей) n Коэффициент теплопередачи зависит от величины коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон стенки 1, 2 и ее термического сопротивления Σ(sj/λj) n
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена в ПГ n n n Рост КТП возможен при 1, 2 и терм. сопротивления ( толщины, λ – изменение марки стали, характера отложений и т. д. ) Если 1 <> 2 то заботиться нужно о росте наименьшего значения Способы повышения эффективности теплообмена: n увеличение скорости среды (но - вызывает рост гидр. сопротивления), n изменение диаметра труб (но - толщины стенки, проблемы технологии изготовления и крепления), n использование оребренных труб (значительно увеличивает Fпто). Диаметры труб для разных теплоносителей: n вода: 12 – 20 мм при толщине 1 -2 мм n жидкий натрий: 12 – 30 мм (1 – 2 мм) n газ: 25 – 50 мм (3 – 4 мм) Оптимальные скорости теплоносителя: n вода 2 – 6 м/с n жидкий натрий 0. 5 – 3. 5 м/с n газы: n при поперечном обтекании n гладких труб 5 – 10 м/с n оребренных труб 3 – 8 м/с n при продольном обтекании n гладких труб 12 – 20 м/с n оребренных труб 8 – 12 м/с
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена в ПГ n n n Скорости рабочего тела: n экономайзер: 0. 5 3. 5 м/с, n испаритель при естественной циркуляции: 0. 2 1. 5 м/с, n испаритель принудительной циркуляции: 1 4 м/с, n пароперегреватель: n при низких давлениях (до 6 МПа): 30 50 м/с n при средних давлениях (до 13 МПа): 20 30 м/с n при высоких давлениях : 10 20 м/с Величина КТП зависит от термического сопротивления стенки (толщины и к-та теплопроводности (от химического состава материала и температуры): n при t до 400°С λ углеродистых сталей в 2 4 раза выше, чем λ аустенитных n с ростом t это различие несколько уменьшается Отложения примесей (накипь) резко увеличивают термическое сопротивление стенки (отложения солей кальция и магния при толщине 0. 1 -02. мм увеличивают сопротивление на (20 80) 10 -5 м 2 град/Вт, что в 10 -20 раз больше чем термическое сопротивление чистой поверхности
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Расчет коэффициента теплопередачи n n n Толщина трубок мала по сравнению с диаметром – расчет КТП ведут по формуле для многослойной плоской стенки: Проблема – с определением к-тов теплоотдачи (являются функцией многих параметров (скорости, температуры сред и стенок, теплофизических свойств среды, геометрии каналов и др. ) Наиболее точно – экспериментальное (эмпирическое) определение На практике используют теорию подобия и критериальные зависимости: n Re=w d/ , - критерий режима движения (соотношение сил инерции и вязкости и определяет гидродинамический режим движения), n Pr=μ*cp/λ - (критерий физических свойств жидкости) – характеризует физические свойства жидкости и способность распространения тепла в жидкости, n Nu= *d/λ - характеризует отношения между интенсивностью теплоотдачи и температурным полем в пограничном слое потока, n Pe = Re*Pr (критерий Пекле) n здесь и μ – кинематическая и динамическая вязкости ( =μ/r) Критериальные уравнения представляют собой степенную зависимость критерия Нуссельта от Рейнольдса и Прандтля. Вид уравнений зависит от многих факторов.
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при движении однофазных сред n n n Физические св-ва теплоносителей – 2 группы зависимостей: k n для жидких металлов: Nu = A + B (Re Pr) , (у жидких металлов – высокая теплопроводность и малые Pr – определяют высокую интенсивность передачи тепла не только возле стенки) n m n для прочих: Nu = C Re Pr , Все константы зависят от t Гидродинамические условия влияют не только на Re, но и на вид самих формул. Определяются скоростями и формой каналов. При продольном обтекании: = 0. 021(l/d) Re 0. 8 Pr 0. 43 Ct Cl n Ct – поправки на изменение физ. свойств при изменении t, (Ct 1) n Cl – поправка на соотношение длины к диаметру, (Cl 1) n Для изогнутых труб КТО выше: из = пр (1 + 1. 8(d/R)) n При создании шероховатости труб может быть увеличена в 3 раза
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при движении однофазных сред n n n n При поперечном обтекании: Nu = C Ren Pr 0. 33(Pr/Prст)0. 25 εi εs, все параметры – по средней t жидкости, но Prст – по t стенки εi εs – коэф-ты, учитывающие номер ряда и влияние относительных шагов (s/dн) C и n – зависят от формы трубных пучков: n для щахматного: С=0. 41, n = 0. 60 n для коридорного: С=0. 26, n = 0. 65 КТО считают отдельно для первого, второго и последующих рядов, а потом – средний Если угол атаки на пучок <> 90°, то вводят поправку на угол (0. 42– 1. 0)
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при кипении Процесс с поглощением теплоты (только 2 контур) n В испарителе и кипящем экономайзере, в трубах и в МТП n Кипение сопровождается повышением интенсивности теплообмена: n турбулизация пограничного слоя за счет роста и отрыва пузырей, n перенос в пузырь теплоты от поверхности при испарении слоя жидкости у основания пузыря, n перенос скрытой теплоты парообразования внутри пузыря, n Возникновение парового пузыря: n необходим некоторый перегрев жидкости (зависит от чистоты и наличия центров п/о) n центрами п/о служат неровности n пузырь растет до определ. размера n отрывной диаметр зависит от баланса подъемной силы и сил поверхн. натяжения n
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при кипении n n n n n 2 режима кипения: пузырьковый и пленочный Пузырьковый (пар в водяном объеме в виде отдельных пузырьков) – высокие значения КТО и tст=const немного выше tн. Пленочный режим (пузырьки создают паровую пленку на поверхности нагрева) – происходит из пузырькового при росте х выше опред. величины – снижение КТО и резкий рост tст. Пузырьковый режим – в ПГ с МЦ, пленочный – в ПГ прямоточного типа в зоне высоких х, а при высоких давлениях – на больших участках Возможен режим поверхностного кипения (при напорном движении жидкости) – парообразование на поверхности при недогреве ядра потока до tн. Для каждого режима свои зависимости. При кипении воды в большом объеме: aбо = q 0. 7*10. 45/(3. 3 – 0. 0113(ts-100)) – формула ЦКТИ При пузырьковом кипении в трубах (напорное движение) aтр =с aбо с = 0. 65 - 0. 95 - зависит от давления
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Кризис теплообмена n n n При определенном соотношении параметров (скорость, тепловой поток, паросодержание) возникает режим ухудшенного теплообмена – КТО от стенки к двухфазному потоку резко снижается из-за нарушения контакта жидкости и стенки, и т-ра стенки растет. 2 кризиса теплообмена. Кризис 1 рода - переход развитого пузырькового кипения в пленочное при общем пузырьковом режиме кипения. Пристенный жидкостный слой вытесняется в ядро потока пузырьками пара. Основной параметр, характеризующий границу перехода к ухудшенному теплообмену удельная тепловая нагрузка qкр (критическая). при кипении в большом объеме – формула Кутателадзе: Кризис 2 рода возникает из-за срыва и испарения пристенного слоя водяной пленки при высоком паросодержаниии. Основной параметр, характеризующий переход к ухудшенному режиму - граничное паросодержание хкр. С ростом величины теплового потока хкр уменьшается, т. е. режим с ухудшенным теплообменом наступает при меньших значениях массового паросодержания. Не рекомендуется допускать перепад t между стенкой и средой более 80°С.
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Кризис теплообмена n. Для ухудшенного теплообмена КТО определяют по номограммам – по значениям массовой скорости, плотности теплового потока и давления. n. Существуют и аналитические зависимости, например, формула Миропольского - для КТО при напорном движении в трубах
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при конденсации Огранич. число ПГ - на 1 блоке БАЭС (теплоноситель - конденсирующийся пар) n Но также в испарителях, конденсаторах, сепараторах; паропромыв. устройствах при подаче в них воды, недогретой до ts. Особенности теплообмена при конденсации внутри труб n при конденсации высок (как при кипении), но образуется пленка конденсата на стенке уменьшается; по мере движения пленка утолщается ; n Как правило, трубы большой L и малого D при больших расходах греющего пара динамическое воздействие пара на пленку конденсата весьма существенное необходимо соблюдать одинаковое направление движения пара и конденсата (в этом случае пленка ускоряется и утоняется ); n По ходу движения изменяются соотношения всех параметров паровой и водяной фаз ( G пара, G конденсата) n Режим течения пара м. б. любым. Но определяющим (интенсивность передачи тепла) является режим движения пленки конденсата. Ламинарный режим пленки – только на входном участке. Для всей прочей длины – турбулентный режим течения пленки. Поэтому зависимости теплообмена – те же, что и для однофазной среды. , но с поправками: Nu = C Re 0. 8 Pr 0. 43∙Cx , где n при х=0 формула переходит в уравнение для однофазной среды n при высоких Re угол наклона труб не влияет на интенсивность теплообмена (преобладание динамических воздействий на пленку конденсата) n
Парогенераторы АЭС Лекция. Теплообмен в ПГ АЭС Теплообмен при конденсации Особенности теплообмена при конденсации в МТП: n Рекомендуется избегать конденсации на горизонтальных пучках труб n При вертикальном расположении желательно движение пара сверху вниз (ускорение движения пленки конденсата) n Ламинарный режим - на большей части длины: n n в выражении параметры (теплопроводность, кинематическая вязкость число Re) - для пленки конденсата, e - поправочный к-т, учитывающий скорость пара - по номограммам (чем больше скорость и давление, тем выше)
Скачать презентацию Парогенераторы АЭС Лекция Теплообмен в ПГ АЭС Факторы
13_Leks_Teploobmen.ppt