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

Теплоотдача при продольном обтекании пучков стержней

При продольном обтекании пучков стержней чистым ме­ таллом проявляются все особенности гидродинамики и те­ плообмена сложных каналов, рассмотренные выше. Теплооб­ мен в таких каналах зависит от таких факторов, как от­ носительный шаг 5/ d , взаимное расположение стерж­ ней в пучке (треугольник, квадрат), турбулентность по­ тока, физические свойства теплоносителя, материал стер­

отдачи в стержневых сборках и в межтрубном простран­ стве противоточных теплообменников типа металл-металл показало, что на теплоотдачу наиболее сильное влияние оказывает относительный шаг. В плотно упакованных пуч­ ках с малым s / d касательное напряжение и локальны* коэффициент теплоотдачи сильно изменяются по периметру стержня, при этом минимум теплоотдачи отмечается в местах наибольшего сближения стержней, где скорость теплоносителя небольшая. Локальное изменение теплоот­ дачи при условии малой теплопроводности стенки ( ^ = = const по периметру) приводит к неравномерному распределению температуры стенки. В качестве примера

ратура стенки периодически меняется через каждые ВО0 при треугольной компоновке. С увеличением относитель­ ного шага стержни раздвигаются, и неравномерность теплоотдачи и температуры стенки по периметру стерж-

260

ня уменьшается из-за ослабевания влияния стержней друг на друга.

2 6 1

Физические свойства теплоносителей отнесены к средней температуре жидкости на расчетном участке теплообмена.

Для приближенной оценки теплоотдачи в пучках труб, расположенных в вершинах равностороннего треугольника, при турбулентном потоке чистых жидких металлов в диа­ пазоне чисел Ре = 70 -f 1500 можно использовать критериальную зависимость

где в качестве определящего размера принят гидравличе­ ский диаметр пучка d г , учитывающий приближенно неявным образом относительный шаг.

Теплоотдача при поперечном обтекании

ПУЧКОВ ТРУб

Высокая теплопроводность жидких металлов обусловли­ вает характерное распределение локальной теплоотдачи по периметру поперечно обтекаемого цилиндра. На рис. 6.27 показаны кривые распределения величины оС при

обтекании одиночного цилиндра жидким натрием и воздухом. Максимальное значение теплоотдачи имеет место на перед­ ней части трубы, а второй максимум в кормовой зоне для натрия отсутствует. Это объясняется более слабым вли­ янием гидродинамики на теплоотдачу при высоких коэффи­ циентах А • Турбулизация потока при отрыве погра­ ничного слоя не оказывает заметного влияния на повы­ шение теплоотдачи в кормовой зоне.

Для расчета средней теплоотдачи в шахматных и кори­ дорных пучках при обтекании их технически чистыми ме­ таллами с точностью - 30?! может быть использована эм­ пирическая зависимость

2 6 2

используется наружный диаметр труб пучка, а физичес­ кие константы теплоносителя относятся к средней темпе­ ратуре жидкого металла.

где fi/tigg теплоотдача пучка при поперечном обтекании пучка данной геометрии, определяемая по формуле (6 .87).

263

тель, являясь хорошим замедлителем, имеет значитель­ ную теплоемкость при сверхвысоких параметрах. Все это в сочетании с высоким температурным уровнем позволит повысить давление и температуру генерируемого пара, увеличить термический к .п .д . цикла пар - конденсат и улучшить весо-габаритные показатели установки в целом.

В последние годы уделяется большое внимание изучению теплообмена в околокритической области параметров со­ стояния. Эта область отличается сильным и своеобраз­ ным изменением физических свойств однофазных теплоно­ сителей, большим влиянием термогравитационных сил на

тальное изучение вопросов теплоотдачи при закритическоы состоянии вещества.

В соответствии с классической термодинамикой кривая

перехода в закритической области еще недостаточно ясен. По одной из гипотез переход от жидкости к пару проис­ ходит в мелкодисперсной форме путем образования ассоци­ ированных комплексов молекул, в то время как при докритическом давлении образование новой фазы происходит скачком в макроскопической форме (паровые пузыри или капли конденсата). Особенностью существования фаз в зоне перехода является отсутствие равновесия между ними (из-за отсутствия поверхностного натяжения -

265