кий анализ, но и постановку соответствующих экспери ментов. При допущении о равенстве паросодержаний до внезапного расширения и после него перепад давления можно рассчитать аналитически, используя теорему о ко личестве движения, аналогично выводу обобщенной форму лы удара [ 29 ] . Полученная в результате расчета фор мула имеет вид
где R =» / - множитель, учитывающий двухфазность потока>
R = ос
отношение площади сечения до и после
расширения.
Зависимость (7.65) является наиболее общей, спра ведливой для однофазных и двухфазных потоков и вклю
чает |
в себя |
как |
невосполнимые |
потери давления |
на вих- |
реобразование и трение, так и рост давления за |
счет |
уменьшения скоростного напора. |
Действительно, |
при |
х |
» О |
R |
= I, и тогда |
|
|
Повышение давления вследствие изменения скорости по уравнению энергии БЕРНУЛЛИ для идеальной жидкости равно
2 (/~6г).(7.68)
Потери давления на собственно расвирение равны разно сти перепадов по зависимостям (7.68) и (7.67)
& Р М = |
или |
/? - £ )* , (7.69) |
т .е . получили широко известную в гидравлике формулу для расчета коэффициента местного сопротивления при внезапном расширении однофазного потока.
Зависимость (7.64) подтверждается лишь в отдельных частных случаях, и для ее уточнения необходимы даль нейшие эксперименты.
§ 42. Естественная циркуляция в иарогенеоигоую - ших аппаратах
Надежная работа теплообменного аппарата в значитель ной мере определяется температурным режимом поверхно сти нагрева. Необходимый температурный режим и ус ловия теплоотвода обеспечиваются надлежащей организа цией движения теплоносителя и рабочей среды.
В ядерннх реакторах и парогенераторах циркуляция теплоносителя и рабочего тела может осуществляться двумя способами: за счет внешней побудительной силы - принудительная циркуляция и за счет использования гра витационных сил - естественная циркуляция.
Принцип принудительной циркуляции широко использу ется в парогенераторах и реакторах с водой под давле нием и кипящего типа. В этих же аппаратах может при меняться принцип естественной циркуляции в качестве основного способа обеспечения необходимого скоростно го режима теплоносителя. В установках с принудительным движением теплоносителя естественная циркуляция может быть использована как аварийное средство отвода тепла, а также 4;ри вводах и выводах установки из действия.
Основные положения теории естественной
йрркудядии
Рассмотрим физическую сущность естественной циркуля ции применительно к кипящему реактору. Простейший цир куляционный контур, представленный на рис. 7.9, состо ит из нижней раздающей камеры, верхней пароводяной камеры, обогреваемого рабочего канала с тяговым участ ком и опускного участка. Конструктивно опуск может быть оформлен либо в заэкранном пространстве, либо в специальных наружных трубах с большим диаметром.
Рис. 7 .9 . Гидродинамическая схема кипящего реактора с естественной циркуляцией
Движение рабочей среды в замкнутом контуре происхо дит под действием гравитационных сил, возникающих вследствие различия плотностей среды на опускном необогреваемом участке и подъемном обогреваемом участке. Действительно, статическое давление жидкости на плос кость 0 ~ 0 со стороны опуска равно
|
Pi = Р + А 0п(Н эк + К |
(7.70) |
где JD |
- средняя плотность воды на |
опуске* |
Н+1 П,Ь. - высоты экономайзерного, испарительного
Э |
И |
г% |
и тягового участков соответственно. |
Со стороны подъемного участка |
действует давление |
|
|
|
Рг - Р |
Ку ■ |
(’ -’ О |
Разность |
давлений Pi ~ P z |
называется движущим на |
пором, поскольку заставляет двигаться рабочую среду |
по |
замкнутому |
тракту: |
|
|
|
|
Рг = ^эк(Лп~Лк) + ^н ( А Р |
Л2', |
Созданный таким образом движущий напор в стацио нарных условиях равен сумме гидравлических сопротивле
ний на всех участках контура:
гг
|
|
- |
<7-73) |
где |
А р г |
- гидравлическое сопротивление |
г -го |
участка. При отсутствии обогрева опускного и |
тягового |
участков практически все изменение плотности |
рабочей |
среды |
происходит в пределах обогоеваемого участка, |
причем главным образом на испарительном участке, рас положенном выше точки начала объемного кипения с ор
динатой |
|
% |
. На экономайзерном участке, где |
я |
< |
о |
» объемное |
паросодержание |
при больших |
тепловых потоках может быть значительно |
(см. § 40), |
однако протяженность этого участка незначительна, и |
принято считать, что плотность жидкости меняется от |
значения |
на |
опуске |
|
|
до |
/э ' |
. Плотность |
жидкости на |
опуске |
зависит от величины недогрева до |
энтальпии насыщения. Последняя определяется кратно |
стью циркуляции» |
|
■( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
л: |
= |
1 |
~ 1ав |
' |
, |
|
|
|
& 1н |
----- J.------- |
(7.74) |
где |
1л,в |
" энтальпия питательной |
воды. Кратность |
циркуляции обычно составляет величину 20-30. |
При установившемся |
режиме работы парогенерирущей |
системы уровень воды в верхнем коллекторе остается не изменным, а расход пара <Х) [кг/ч]восполняется пита тельной водой, поступающей от питательного насоса.
Питательная вода, |
смешиваясь с |
рециркулирующей водой, |
снижает энтальпию |
воды на входе в экономайзерный |
участок. Если обозначить через |
G [ к г /ч ] расход ре |
циркулирующей воды, то кратность циркуляции выразится как
|
к |
G + 3) |
/ |
> |
(7.75) |
|
|
|
|
где |
х $ых -массовое паросодержание |
на выходе из |
испарительной зоны. |
|
|
|
|
Поскольку плотности жидкости на опускном и эконо |
майзерном участках мало отличаются друг от друга, |
часто |
пренебрегают движущим напором, |
создаваемым эко- |
номайзерным участком. Б этом случае
|
~ |
faT.y)(j^on ~J^c m )> |
где J0CM |
- средняя |
плотность пароводяной смеси |
в паросодержащих зонах подъемного участка. |
Наличие необогреваемого тягового участка увеличивает |
движущий напор |
контура, |
как это следует из (7 .76). |
В реакторах кипящего типа для улучшения циркуляции ра бочие каналы снабжаются индивидуальными или групповы ми тяговыми участками, в которых осуществляется направ ленное движение пароводяной смеси, вышедшей из активной зоны.
Величина тягового участка должна быть оптимальной. Чрезмерно большая величина faт и может привести к неоправданно большим габаритам реактора, а скорость циркуляции может даже уменьшаться из-за увеличения гидравлического сопротивления подъемного участка. Б общем случае движущий напор циркуляционного контура
faи |
+ faт и |
• |
в специфических |
морских условиях при |
качке, |
кренах |
и дифферентах корабля напорная высота, |
а следовательно, |
и движущий напор |
меняются, что может |
быть причиной |
колебания расхода в контуре и мощности |
реактора. Как |
следует из |
формулы |
(7 .7 б ), движущий |
напор |
зависит |
от |
величины |
J^on |
• Для ее увеличения |
большое значение имеет выбор места подвода питатель ной воды. Чем выше над местом входа воды в активную зону расположен подвод питательной воды на опускной участок, тем больше плотность воды на спуске, лучше конденсируется пар, попадающий на вход опуска, и боль ше движущий напор.
Поскольку
