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

в_

3А (7 Л Ю )

Подставляя (7. ПО) в (7 Л 08), получим условие, обес­ печивавшее минимально допустимую крутизну характеристи­ ки:

При невыполнении условия ( 7 .I I I ) требуется установка дроссельного устройства, коэффициент сопротивления ко­ торого определится из условия

дросселя, которое минимизирует затраты энергии на ра­ боту насоса.

При выводе уравнения (7.99) предполагалось, что тепловая нагрузка распределена равномерно по всей дли­ не канала ( у = const) • Однако в кипящих реакто­ рах и парогенераторах имеется явно выраженная неравно­ мерность тепловой нагрузки, которая будет влиять на гидродинамическую характеристику и необходимую степень Дросселирования. Это влияние рассмотрим на примере ки­ пящего реактора. В рабочем канале такого реактора мак­ симум тепловыделений сдвинут в сторону входа теплоно­ сителя, где плотность замедлителя выше (рис. 7 .1 5 ). Средняя плотность теплового потока на экономайзерном Участке больше средней величины по всему каналу

343

номерное распределение тепловой нагрузки в кипящем ре­ акторе усиливает степень неустойчивости гидродинами­ ческой характеристики (рис. 7 .1 6 ), что необходимо учи­ тывать при выборе дроссельного устройства. Характер

Рис.7.15. Распределение тепРис.7 .16 . Влияние неравио-

влияния неравномерной тепловой нагрузки на гидродинами­ ческие характеристики может быть и иным, в зависимости

ие.

Пульсации рабочих параметров в параллельно включенных каналах

Первые исследования неустойчивости парогенсрирующих каналов относятся к 30-м годам. Эти исследования основывались на анализе статических гидродинамических характеристик. Анализ показал, что эти характеристики при определенных условиях могут быть многозначными. На первой стадии исследошания и проектирования кипящих ап­ паратов полагали,что для обеспечения устойчивости доста-

344

точно исключить многозначность характеристики, напри­ мер путем шайбоиания. Были разработаны методики рас­ чета степени шайбоваиия, позволяющие получить однозна­ чные характеристики. В последувдем было установлено, что и ряде случаев дросселирование, приводящее к реа­ лизации однозначной гидродинамической характеристики, оказывается недостаточным для устойчивой работы парогенерирущего канала. При определенных условиях в та­ ких каналах могут возникать пульсации рабочих пара­ метров, т .е . колебательная неустойчиовсть. Периодичес­ кие колебания расхода, давления, паросодержания могут сопровождаться сильными колебаниями температуры стенки

лебаний давления в канале может достигать значений, по порядку сравнимых с давлением подачи питательной вода. Пульсации температуры стенки приводят к циклическим изменениям термического напряжения металла, вызывая появление трещин, свищей и т .д . Количество циклов, раз­ рушающих металл, зависит от амплитуды колебаний темпе­ ратуры стенки, состояния поверхности, материала, водно­

тельных поверхностей, особенно в прямоточных аппаратах, заставляет изучать рассматриваемое явление и искать эф­ фективные меры борьбы с пульсациями.

Па рис. 7.17 приведена в качестве примера запись изменения во времени гидравлического сопротивления канала и расходов в пульсанионном режиме работы. Из рисунка видно, что амплитуда колроаний расхода пара

345

меньше амплитуды колебаний расхода питательной воды, а сдвиг фаз этих колебаний составляет примерно 180°. Если расход иа выходе всегда положителен, то на входе отмечается обратное течение потока, причем в этот мо­ мент гидравлическое сопротивление канала максимально.

Колебательная неустойчивость характеризуется тем, что расход рабочей среды и другие параметры изменяют­ ся во времени с определенной амплитудой и частотой.

Проанализируем механизм низкочастотной колебатель­ ной неустойчивости на простейшей идеализированной моде­ ли канала прямоточного аппарата (рис. 7 .1 8 ). Вследствие того, что удельный объем пароводяной смеси значительно

Рис. 7 .18 . Схема парогенерирупцего канала

больше удельного объема воды, время пребывания парово­ дяной смеси на испарительном участке во много раз мень­ ше времени пребывания воды на экономайзерном участке.

Пренебрегая временем пребывания пара на испарительном участке, можно считать, что расход пара из канала в

346

данжый момент времени равен расходу воды , поступающей

В этом случае связь между расходом пара и расходом жид­ кости определится равенством

Gn ( ^ = * (7 .И З )

где последний член в правой части учитывает скорость перемещения границы закипания. Последняя определяется из следующих соображений.

пример получила положительное приращение. Тогда длина

347

Скорость перемещения границы закипания определяется как скоростью выкипающей порции жидкости, так и ско­ ростью этой порции в момент ее поступления на эконо-

Закон изменения массового расхода пара на стацио­ нарном режиме соответствует закону изменения расхода жидкости на входе в ианал, но отстает по времени на величину , которую можно трактовать как время запаздывания.

Рассмотрим упрощенную качественную картину влияния запаздывания на развитие колебательной неустойчивости. Построим совмещенный график гидродинамических характе­ ристик экономайзерного и испарительного участков (рис. 7 .19), полагая, что оси абсцисс характеристик противополежны по направлению, а расстояние между на­ чалами координат неизменно и равно

&РК * й Рэк + АРис„- a > a st ■

При таиом взаимном расположении характеристик

£ (Арэк) * Gn (After) колебательный процесс из-

3^8