Известия вузов. Ядерная энергетика

Рецензируемый научно-технический журнал. ISSN: 0204-3327

Исследования критических тепловых потоков в каналах малого диаметра

23.09.2021 2021 - №03 Теплофизика и теплогидравлика

В.И. Белозеров

DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2021.3.04

УДК: 621.039.517

Представлены результаты экспериментальных исследований критических тепловых потоков в вертикальных каналах малого диаметра при движении теплоносителя снизу вверх, выполненные в Обнинском филиале МИФИ в 70-х гг. прошлого века, но которые не получили широкого распространения из-за отсутствия востребованности их практического использования. В настоящее время интерес к подобного рода работам проявляется прежде всего при создании компактных установок и устройств, в том числе и в ядерной энергетике.

В качестве теплоносителя использовались вода, фреон-12 и 96%-й этиловый спирт. Высокие скорости жидкости, недогретой до температуры насыщения при высоких тепловых потоках на стенке канала, приводят к так называемому «быстрому кризису» теплоотдачи. В этом случае величина теплового потока зависит, в основном, от параметров потока теплоносителя в пристенной зоне, а не от ядра потока. «Медленный кризис» наблюдается, в основном, при высоких паросодержаниях, массовых относительно низких расходах и в режиме дисперсно-кольцевого течения. Величина критического теплового потока в этом случае зависит, в основном, от параметров потока в ядре, которые, вероятно, близки к средним параметрам течения теплоносителя. Условия в пристенной области в значительной мере также определяются течением в ядре. Высокие коэффициенты теплоотдачи в потоке, движущемся с высокой скоростью, приводят обычно к гораздо меньшему и более медленному повышению температуры стенки. Иногда кризис теплообмена может наступить, минуя процесс кипения. В активной зоне реактора типа ВВЭР на ряде твэлов при работе на номинальном его режиме присутствует поверхностное кипение. Вероятно, и на транспортных ядерных энергетических установках, и на установках малой мощности будет присутствовать поверхностное кипение. Поэтому проведение соответствующих исследований является актуальной проблемой.

Ссылки

  1. Беляев А.В. Экспериментальное исследование гидродинамики и теплообмена в каналах малого диаметра при высоких приведенных давлениях. / Автореферат дисс. к.т.н. – М.: Национальный исследовательский университет МЭИ, 2018. – 20 с.
  2. Малаховский С. А.Теплообмен при кипении в условиях вынужденного течения закрученного потока в каналах малого диаметра. /Автореферат дисс. к.т.н. – М.: ГОУ ВПО МЭИ (технический университет), 2008. – 20 с.
  3. Inasaka F., Nariai H. and Shimura T. Pressure drops in subcooled flow boiling in narrow tubes. // Heat Transfer Japanese Research. – 1989. – Vol. 18. – PP. 70-82.
  4. Kandlikar S.G. Fundamental Issues Related to Flow Boiling in Minichannels and Microchannels. // Exp. Therm. Fluid Science. – 2002. – Vol. 26. – PP. 389-407.
  5. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., YagovV.V. Boiling heat transfer in swirl flow of subcooled water. / Proc. of the XII#th International Heat Transfer Conference, Grenoble, France. – 2002. – PP. 731-736.
  6. Дедов А.В. Особенности кипения в недогретом потоке. // Теплоэнергетика. – 2009. – № 8. – С. 62-69.
  7. Ягов В.В., Лузин В.А. Кризис кипения в условиях вынужденного движения недогретой жидкости. // Теплоэнергетика. – 1985. –№ 10. – С. 52-54.
  8. Tong W., Bergles A.E., Jensen M.K. Pressure drop with highly subcooled flow boiling in small-diameter tubes. // Experimental Thermal and Fluid Science. – 1997. – Vol. 15. – No. 3. – PP. 202 - 212.
  9. Захаров С.В. Модель кризиса теплоотдачи при пузырьковом кипении жидкостей в каналах при высоких приведенных давлениях. / Автореферат дисс. к.т.н. – М.: Национальный исследовательский университет МЭИ, 2003. – 20 с.
  10. Толубинский В.И. Теплообмен при кипении. – Киев: Наукова думка, 1980. – 315 с.
  11. Кириллов П.Л. Кризис теплообмена в каналах. // Атомная энергия. – 1996. – Т. 80. – Вып. 5. – С. 370-379.
  12. Орнадский А.П., Кичигин А.М. Исследование зависимости критической тепловой нагрузки от весовой скорости, недогрева и давления. // Теплоэнергетика. – 1961. – № 2. – С. 75-79.
  13. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. – М.: Наука, 1972. – 312 с.
  14. Лабунцов Д.А. Паросодержание двухфазного адиабатного потока в вертикальных каналах. Физические основы энергетики. / Под ред. Т.М. Муратова. – М.: МЭИ, 2000. – С. 204-212.
  15. Рассохин Н.Г., Ма Цан*Вень, Мельников В.Н. Теплоотдача при поверхностном кипении в узких кольцевых каналах. // Теплоэнергетика. – 1963. – № 5. – С. 83-85.
  16. Ягов В.В., Лузин В.А. Приближенная физическая модель кризиса кипения при вынужденном течении насыщенной жидкости. // Теплоэнергетика. – 1985. – №3. – С. 2-5.
  17. Кириллов П.Л., Терентьева М.И. Турбулентное число Прандтля (История и современность). Препринт ГНЦ РФ-ФЭИ 3271. – Обнинск: ГНЦ РФ-ФЭИ, 2017. – 56 с.
  18. Волынов М.А. Реальная турбулентность и возможности модификации полуэмперической теории Л. Прандтля. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10 (часть 8). – С. 1676-1688.
  19. Goldstein S. Theodore von Karman, 1881 – 1963. // Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. – 1966. – Vol. 12. – PP. 335-365.
  20. Мартинелли Э. Некоторые интегральные теоремы для аналитических функций нескольких комплексных переменных. // JFM64.0322.04, Zbl 0022.24002. – 1938. – Vol. 9. – No. 7. – PP. 269-283.
  21. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках. – М.: МЭИ, 2003. – 548 с.
  22. Булеев Н.И. Пространственная модель турбулентного обмена. – М.: Наука, 1989. – 343 с.
  23. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. – М.: Атомиздат, 1979. – 416 с.
  24. Mudawar I., Bowers M.B. Ultra-High Heat UX (CHF) for Cubcooled Water OW Boiling-1: CHF Data and Parametric Effects for Small Diameter Tubes. // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 1999. – Vol. 42. – PP. 1405-1428.
  25. Celata G.P., Cumo M., Mariani A. Assessment of Correlations and Modelsforthe Prediction of CHF in Water Subcooled Flow Boiling. // Int. J. Heat Mass Transfer. – 1994. – Vol. 37. – PP. 2605-2640.
  26. Chun Т., Baek W., Chang S.H. A Superheated Liquid Layer Depletion Model for Subcooled and Low Quality Critical Heat Flux. / Proc. of the VII-th Int. Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, ICONE-7501, 1999. – PP. 1-2.
  27. Васильев А.Н. Кризис теплообмена, связанный с резким вскипанием жидкости в каналах малого диаметра. / Автореферат дисс. к.т.н. – Киев: Институт технической теплофизики, 1972. – 31 с.
  28. Кириллов П.Л., Терентьева М.И., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. – М.: ИздАт, 2007. – 200 с.
  29. Болтенко Э.А., Пометько Р.С., Катан И.Б. Зятнина О.А. Влияние диаметра трубы на критический тепловой поток. / Труды Международного симпозиума «Теплофизика-90». – Обнинск: ФЭИ, 1991. – Т. 2. – С. 400-403.
  30. Полетавкин П.Г., Шапкин Н.А. Теплоотдача при поверхностном кипении воды. // Теплоэнергетика. – 1958. – № 5. – С. 72-76.
  31. Ремизов О.В. О начале поверхностного кипения. / / Труды IV Российской региональной конференции по теплообмену (РНКТ-4). 23-27 октября 2006 г. Том 4. Кипение, кризисы кипения, закризисный теплообмен. – М.: МЭИ, 2006. – С. 194-196. Электронный ресурс: http://rnkt.ru/2006/tom-4/page-194/ (дата доступа 31.01.2021).

критический тепловой поток кризис теплоотдачи граница вскипания высокоэффективная технология охлаждения