Файл: Козырев, А. П. Теория тепловых и гидродинамических процессов в атомных энергетических установках учеб. пособие.pdf

стей уменьшается с ростом температуры (в основном из-

нии. Эта разница возрастает по мере увеличения темпе­

нения Лайона с введением опытной поправки на перемен­ ную вязкость:

-f- Re Рг ct

229

Сравнение показывает, что расхождение между формулой

лять 20%. Зависимость (6.51) справедлива для всех жид­

каналы. При движении теплоносителя в таком канале под воздействием центробежных сил в поперечном сечении возникают циркуляционные токи. Вторичная циркуляция носит сложный характер и увеличивает турбулентность потока. В изогнутых трубах локальные коэффициенты теп­ лоотдачи на внешней стороне дуги окружности выше, чем на внутренней, а средний по периметру коэффициент теп­ лоотдачи выше, чем в прямой трубе.

Экспериментально было установлено, что вторичная циркуляция возникает только при определенных крити­

230

труба), не оказывает влияния на теплопередачу. В пово­ ротах, коленах и отводах прямых труб центробежный эф­ фект имеет локальный характер, однако местная турбулизация потока сказывается на. теплоотдаче на прямом участке за поворотом до стабилизации потока.

§35. Теплообмен в каналах сложной Формы

Внастоящее время в атомной энергетике широко исполь­ зуются каналы, имеющие некруглое поперечное сечение: пучки стержней, кольцевые и плоские щели, прямоуголь­ ные и треугольные каналы и т .д . Теплообмен в таких ка­ налах не всегда осуществляется через всю омываемую по­ верхность. Например, в рабочем канале реактора со стерженьковыми тепловыделяющими элементами наружная обе­ чайка канала не является поверхностью нагрева. Коль­ цевые каналы мо^ут иметь внутренний, внешний или двух­ сторонний обогрев с разными тепловыми потоками. Обыч­ ные рекомендации по определению теплоотдачи в таких каналах сводятся к использованию зависимостей для круглых труб с применением в качестве определяющего размера гидравлического диаметра. Однако такой подход является сугубо приближенным. Рассмотренная выше гид­ родинамика каналов сложной формы накладывает целый ряд специфических особенностей на характер теплообме­ на в таких каналах и обусловливает сильное влияние геометрии. Так, в табл. 6.1 приведены хорошо совпада­ ющие г. экспериментом теоретические значения чисел

231

/Vtv = * ПРИ ламинарном течении для каналов с раз­

где скорость потока и коэффициент теплоотдачи стремят­ ся к нулю . Естественно, что гидравлический диаметр ни­ как не учиты вает этой гидродинамической особенности.

Еще сложнее обстоит дело с теплообменом в каналах типа лучка стержней. Продольно обтекаемые пучки стержней,

обеспечивая высокую плотность тепловыделений, широко использую тся в активных зонах реакторов. Применение такие пучков потребовало интенсивного развития анали­

ния энергии. Рассмотрим аналитический подход к решению

подобной задачи.

232

Если шахматный пучок состоит из большого числа одинаково расположенных цилиндров одного диаметра, то

з силу симметрии достаточно рассмотреть типичный эленент АВСод центральной ячейки (рис.6 .1 3 ).При допущении

Рнс. 6.13. Расчетная ячейка бесконечного пучка тепловмделящнх элементов

о постоянстве физических свойств потока уравнение энер­ гии в цилиндрических координатах имеет вид

д Н i_dt_ у_ э Ч \ dt_

дг* * г д г * га d f sj = ^ дх ’

где осевая скорость и?х является функцией г и у и определяется из решения уравнения движения.

Уравнение (6.54) интегрируется при следупцих гра­ ничных условиях :

233

соответственно двум предельным случаям в зависимости от типа реактора. Если теплопроводность материала стер­ жня много оольше теплопроводности теплоносителя

( / д твэл /) , то поперечные тангенциальные перетечки тепла приводят к выравниванию температур по сечению

в стержне малы,перепады температур в теплоносителе мно­

реальных конструкций будет находиться между этими дву­ мя предельными значениями.

Результаты интегрирования уравнения энергии при разных граничных условиях представлены на рис.6.14.

дачи изменяется крайне неравномерно по периметру стерж­