Нестаціонарні процеси теплообміну та гідродинаміки в каналах, що імітують елементи активної зони газоохолоджувальних атомних реакторів стрижневого та насипного типів - Автореферат

Високотемпературні газоохолоджувальні реактори (ВТГР) відповідають вимогам, які ставляться до реакторів четвертого покоління, що представлені у міжнародних програмах GIF-IV і INPRO. Тематика дисертаційної роботи повязана з дослідженнями, які проведені й проводяться відповідно до таких держбюджетних тем: «Дослідження теплогідравлічних процесів і удосконалення математичних моделей розрахунку кризи теплообміну в активній зоні ядерних реакторів в аварійних режимах та відновлення багатоцільових теплогідравлічних стендів для дослідження цих процесів» (номер державної реєстрації № 0106U004627) і «Дослідження нестаціонарних процесів теплообміну одно - та двофазових середовищ в елементах теплообмінного обладнання АЕС та в технологіях енергетичного машинобудування» (№ 0109U001782), а також по програмі «Ресурс» «Модернізація експериментального стенду для дослідження перехідних та аварійних режимів у циркуляційних контурах АЕС» (№ 0107U005476) і двох господарських тем із НТЦ «ХФТІ» (№ 0107U005475, № 0109U006487). Мета роботи полягає в чисельно-аналітичному дослідженні нестаціонарних процесів теплообміну та гідродинаміки в каналах, що імітують елементи високотемпературних газоохолоджувальних реакторів, для виявлення закономірностей і особливостей течії теплоносія в активних зонах стрижневого та насипного типів з урахуванням впливу макропористості середовища. Завдання дослідження, виконання яких зумовило досягнення поставленої мети: - вдосконалення та модифікація моделі турбулентного теплообміну та гідродинаміки на основі ренормгрупового підходу для дослідження нестаціонарних процесів та врахування ефектів макропористості середовища; Нестаціонарні процеси гідродинаміки і теплообміну турбулентного потоку теплоносія, що мають місце в каналах та макропористих середовищах, які моделюють елементи активних зон газоохолоджувальних реакторів.Наведено стислий аналіз існуючих інженерних методів розрахунку теплогідравлічних характеристик теплоносія в каналах. Модель включає рівняння руху (Навє-Стокса), збереження маси, переносу теплоти (Фурє-Кіркгофа), кінетичної енергії та швидкості дисипації енергії. На ділянці від 0,027 до 0,04 м (між зовнішньою стінкою й тепловиділяючим елементом) профіль швидкості має перекіс убік тепловиділяючого елемента (максимум профілю швидкості зміщений убік тепловиділяючого елемента). На ділянці від 0,0175 до 0,0045 м (між тепловиділяючим елементом і направляючим стрижнем) при русі гелію уздовж ТВЗ профіль швидкості витягується, а при проходженні зони стабілізації (1 м від входу) профіль більше не деформується. На ділянці між направляючим стрижнем та тепловиділяючим елементом максимуми швидкості дисипації енергії мають приблизно однакове значення, тому що із зовнішнього зазору відбуваються перетікання у внутрішній, і адіабатні умови на центральному стрижні не впливають на симетричність розподілу цього параметра.Модель активної зони з кульковими тепловиділяючими елементами розглядалася як макропористе середовище й для її опису використовувалася модель Дарсі - Брінкмана - Форхаймера. Лінія 4 узагальнює результати, що отримані по формулі Блазіуса, яка описує залежність коефіцієнта гідравлічного опору від критерію Рейнольдса в каналі. На основі математичної моделі теплообміну та гідродинаміки, що враховує настаціонарність та вплив макропористості середовища, проведено дослідження зміни гідродинамічних і теплофізичних параметрів в активній зоні ВТГР насипного типу. З рис.14,а видно, що в області, яка заповнена кульковою засипкою швидкість теплоносія зменшується, а в зовнішньому зазорі збільшується, причому максимум профілю зміщений убік кулькової засипки. Такий характер розподілу швидкості теплоносія в активній зоні насипного типу відповідає характеру розподілу температури, як і у випадку зі стаціонарним режимом.

Основний зміст роботи