Численное моделирование гидродинамики и перемешивания в коллекторах теплообменников натрий-воздух

16.12.2023 2023 - №04 Теплофизика и теплогидравлика

Т.Р. Сметанин В.В. Пахолков С.А. Рогожкин С.Ф. Шепелев

https://doi.org/10.26583/npe.2023.4.04

Приведены результаты численного моделирования гидродинамики и перемешивания натрия в трубной системе воздушного теплообменника (ВТО), входящего в состав системы аварийного расхолаживания (САРХ) быстрых натриевых реакторов (БН). Неравномерность расходов натрия в трубной системе ВТО может приводить к смешению разнотемпературных потоков натрия, пульсациям температур и течам. В ходе расследований аварий, связанных с течью трубных систем ВТО на реакторах PFR и Phenix [1], было выяснено, что разрушение обусловлено пульсациями температуры металла.

Для численного моделирования использовались трехмерный и одномерный расчетные коды. Установлено, что расчеты распределения расходов натрия в ВТО с приемлемой для практики точностью могут быть выполнены по одномерному коду. Выполнен анализ факторов, влияющих на неравномерность распределения расходов натрия в трубной системе ВТО. Проведены расчеты распределения расходов натрия в ВТО и перемешивания разнотемпературных потоков натрия в выходном коллекторе ВТО. Представлены результаты расчета амплитуды пульсаций натрия вблизи стенок коллектора ВТО. Исследовано влияние глушения нескольких модулей на неравномерность распределения расходов и пульсаций температуры в ВТО. Получены аппроксимации численных решений для распределения расходов натрия в зависимости от количества заглушенных модулей.

Ссылки

1. Cruickshank A., Judd. A.M. Problems experienced during operation of the prototype fast reactor Dounreay 1974-1994. // Working material of Technical Meetings. Reproduced by IAEA. – 2005. – РР. 51-79.
2. Колесниченко И.В., Халилов Р.И., Крылов А.Н., Пахолков В.В. и др.Перемешивание разнотемпературных потоков жидкого натрия в трубопроводе за тройником. // Теплоэнергетика (в печати).
3. Коломиец Д.О., Левченко Ю.Д., Сорокин А.П. Экспериментальное исследование гидравлического сопротивления пакета оребренных труб воздушных теплообменников реакторов на быстрых нейтронах. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2014. – № 1. – С. 172-182. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2014.1.13
4. Mochizuki H., Takano M. Heat transfer in heat exchangers of sodium cooled fast reactors systems. // Nuclear Engineering and Design. – 2009. – Vol. 239. – PР. 295-307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2008.10.013
5. Руководство пользователя программного комплекса FluidFlow. Электронный ресурс https://support.fluidflowinfo.com (дата доступа 24.10.2021).
6. Аксенов А.А., Жлуктов С.В., Осипов С.Л., Рогожкин С.А., Сазонова М.Л., Фадеев И.Д., Шепелев С.Ф., Шмелев В.В. Разработка модели турбулентного теплопереноса для жидкометаллического натриевого теплоносителя и ее верификация. // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. – Т. 7. – № 3. – С. 306-316. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.3.30
7. Knebel J.U., Krebs L., Muller U., Axcell B.P. Experimental investigation of a confined heated sodium jet in a co-flow. // J. Fluid Mech. – 1998. – Vol. 368. – PР. 51-79. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112098001463
8. Kimura N., Miyakoshi H., Kamide H. Experimental investigation on transfer characteristics of temperature fluctuation from liquid sodium to wall in parallel triple-jet. // International Journal of Head and Mass Transfer. – 2007. – Vol. 50. – PР. 2024-2036. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.09.030
9. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 c.

БН ВТО натрий перемешивание CFD гидродинамика неравномерность течи пульсации

Ссылка для цитирования статьи: Сметанин Т.Р., Пахолков В.В., Рогожкин С.А., Шепелев С.Ф. Численное моделирование гидродинамики и перемешивания в коллекторах теплообменников натрий-воздух. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 4. – С. 49-60. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.4.04 .