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

тем, что теоретический анализ проводился без учета ак­ сиальной теплопроводности вдоль потока жидкого металла и наличия посторонних примесей в опытах. При Р е = 30 300 опытные данные обобщаются простой по струк­

А/и

Р е

Рис. 6.24. Теплоотдача при течении жидких металло» в трубах:

I - А/и = 7+0,025Я ?°»8j 2 - А/и = 5 + + 0,025 Ре"*8

При уменьшении числа Ре зависимость (6.76) дает пе­ реход допредельному случаю теплообмена при ламинарном

режиме ( N u = 4 ,3 6 ).

В турбулентном режиме ( /?е>1СП) при числах Ре = = 300fI0 ООО теплоотдачу можно рассчитывать по эмпири­

ческой зависимоети[15J

у тяжелых и щелочных металлов физические параметры слабо зависят от температуры. Кроме того, благодаря высокой интенсивности теплообмена температурный напор стенка-жидкость обычно очень мал. Поэтому расчетные зависимости не включают поправку, учитывающую измене­ ние физических параметров по сечению канала.

253

обеспечивающих малое содержание неметаллических приме­ сей, однозначно характеризующих чистоту жидкого металла. Однако опыт эксплуатации контуров [ 7 ] , особенно при высоких рабочих температурах, показывает, что в жидких металлах содержатся металлические и неметалли­ ческие примеси, существенно влияющие на теплообмен. Металлические примеси ( Fe , Сх , Ni и т .д .) по­ являются в результате коррозии контура при частичном растворении стенок и вымывания отдельных фракций из конструкционных материалов.

Из числа неметаллических примесей (кислород, азот, углерод и т .д .) наиболее вредным является кислород, из-за легкой окисляемости жидких металлов. Кислород может находиться как в растворенном виде, так и в свя­ занном состоянии в виде окислов. Кислородные примеси увеличивают коррозионную агрессивность теплоносителя. Кроме того, обладая ограниченной растворимостью, при эксплуатации контуров окислы высаживаются на холодных и горячих участках, забивают узкие сечения контуров, затрудняя циркуляцию теплоносителя и ухудшая теплооб­ мен. Для удаления примесей необходимо принимать специ­ альные меры по очистке теплоносителя с помощью различ­ ных ловушек и фильтров, использовать защиту жидких ме­ таллов нейтральными газами высокой чистоты. Источни­ ком загрязнения может быть любое нарушение герметич­ ности контура при его работе или нарушение условий хранения холодного металла.

Присутствие в потоке расплавленных металлов взвешен­ ных частиц окислов металлов приводит к появлению так называемого термического контактного сопротивления и

254

металла}

-поправка на наличие термического контакт­ ного сопротивления,

рода в теплоносителе термическое контактное сопротивле­ ние снижается, теплоотдача растет. При изменении весо­ вого содержания кислорода в натрии от 0 , 1 до 0 , 0 2 # при

256

туры соизмерима с длиной тепловыделяющего канала. Для учета этого физического факта при определении темпера­ тур в зоне можно использовать метод суперпозиции [48.J,

основанный на принципе независимого действия источника тепла на температурном поле. Сущность принципа в следу­ ющем. Так как дифференциальное уравнение энергии линей­ ное и однородное, то сумма его ранений также является решением, произвольное тепловыделение по высоте канала можно аппроксимировать ступенчатым и определить общее решение путем суммирования (суперпозиции) решений для каждой ступени. Применение принципа суперпозиции приво­ дит к вычислению интеграла Дюамеля

деленные различными методами при синусоидальном тепло­ выделении по высоте ка­ нала. При неравномерном

ся ошибка при использовании традиционных методов расче­ та теплоотдачи.

258

Влияние входных у с л о в и й

Приведенные выше зависимости (б .74) - (6.77) полу­ чены в условиях стабилизированного теплообмена жидких металлов в длинных каналах с ^ / d > 30. Однако даже при условии £ = const процесс стабилизации профиля температур в теплообменных аппаратах происходит на оп­ ределенном начальном участке тепловой стабилизации, где коэффициент теплоотдачи меняется по длине. В этом случае расчет локальных температур поверхности нагре­ ва по формулам стабилизированного теплообмена может

привести к ошибочным результатам. Теплоотдачу на вход­

Следует отметить, что в общем случае термический начальный участок может иметь значительную длину и оп­ ределяться не только проходным сечением канала, но и другими факторами. Например, в реакторе имеют место по­ перечные потоки тепла, вызванные различной мощностью соседних тепловыделяющих сборок, неоднородностью раз­ множающей среды, присутствием регулирующих органов и т .д . В отдельных случаях большая часть зоны может на­

ходиться в условиях тепловой стабилизации. Следователь­ но, точный и строгий расчет температурного состояния активной зоны может быть выполнен на основе интегри­ рования уравнений переноса в трехмерном пространстве.

259