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

Рис. 8.13. Истинные паросодержания в парогенерирую­ щем канале при различных относительных

энтальпиях и массовых скоростях

(р *> 9,8 бар;

в раствор) была получена следующая зависимость:

о,as /

Зависимость (8.34) может использоваться при измене­ нии параметров в диапазоне:

AtH- 3 т- iOO °С;

~0,7~ И, 5 м/сек ;

/<2,9 •106&т/ м8,

Р< 4,2 Пн/ма.

При неравномерном тепловыделении по высоте актив­

поверхностного кипения определяется путем разбиения зоны на ряд участков, для которых значения параметров

393

%(%.), A t H (i) принимаются постоянными. Основными параметрами, определяющими интенсивность

теплоотдачи при кипении, являются тепловая нагрузка и давление .

ч>

не влияет на коэффициент теплоотдачи, а тепловая на­

Опытные данные, полученные по теплоотдаче при кипении недогретой воды в межтрубном пространстве девятнадца­ титрубного и семитрубного пучка показали, что зависи­ мость (8.35) вполне удовлетворительно обобщает резуль­

394

§48. Кризис теплообмена при кипении жидкости

вусловиях естественной конвекции

Развитие атомной энергетики характеризуется постоян­ ной тенденцией к увеличению энергонапряженности на единицу объема активной зоны реактора. В связи с этим при разработке энергетических ядерннх реакторов, ох­ лаждаемых кипящей водой и водой под давлением, возни­ кает необходимость решения проблемы надежного отвода тепла из активной зоны. Эта проблема связана с кризис­ ными явлениями в теплоотдаче в условиях вынужденного течения кипящего теплоносителя. Кризис теплообмена при кипении теплоносителя связан с резким уменьшением коэффициента теплоотдачи и увеличением температуры поверхности нагрева. Надежная эксплуатация теплообмен­ ных аппаратов во многом зависит от злания механизма кризисов теплообмена, влияния режимных факторов на условия возникновения кризиса и правильного определе­ ния критических тепловых потоков. Знание величины кри­

ных реакторов, радиоэлектронных и других устройств.

Б зависимости от условий протекания процесса разли­ чают кризис теплообмена при кипении жидкости в усло­ виях естественной конвекции и при вынужденном движении. На практике чаще всего приходится сталкиваться с кри­ зисом в условиях напорного движения жидкости, однако для правильного понимания физической природы вначале рассмотрим кризис теплообмена в условиях естественной конвекции, т .е . при безнапорном движении жидкости.

396

Существуй два вида кипения на поверхности нагрева» пузырьковое и пленочное. При пузырьковом кипении пар образуется в виде пузырей, возникающих на отдельных местах поверхности нагрева (в центрах парообразования), при этом основная часть поверхности нагрева омывается жидкостью. Пограничный слой жидкости насыщается и турбулизируется пузырями, вследствие чего теплоотдача к жидкости большая. С увеличением тепловой нагрузки частота образования пузырей и число центров их образо­ вания возрастают. При некотором значении плотности теплового потока количество пузырей пара становится настолько большим, что они сливаются в сплошную паро­ вую пленку, отделяющую поверхность нагрева от массы жидкости и прекращающую доступ жидкости к поверхности. Возникает пленочный режим кипения. Из-за малой тепло­ проводности парового слоя теплоотдача снижается в де­ сятки и даже сотни раз, что приводит к резкому возра­ станию температуры стенки. В водо-водяном реакторе такой скачок температуры стенки может привести к пе­ режогу тепловыделяющих элементов.

Плотность теплового потока, при которой пузырьковый режим кипения переходит в пленочный, называется крити­ ческой плотностью теплового потока или критической тепловой нагрузкой . Сам процесс перехода назы­ вается кризисом теплообмена первого рода.

Кризисный характер перехода от одного режима кипе­ ния в другой отчетливо выявляется при построении за­

397

9 (для воды с* ~ 9 ) из-за турбулизирупцего воздействия пузырьков пара на пристенный слой жидкости. При пленочной режиме кипения низкая теплопроводность пара обусловливает низкое значение коэффициента теплоотдачи Ы.

о(

Рис. 8.15. Зависимость теплоотдачи от тепловой нагрузки при кипении в условиях сво­

бодной конвекции

Как видно из рис. 8.15, возврат к пузырьковому ки­ пению при снижении тепловой нагрузки происходит при значительно меньших 9 . Возникает явление, по­ добное гистерезису. В соответствии с этим различают первую критическую плотность теплового потока 9Kpf мак­ симально возможную (при данных условиях) плотность теп­ лового потока при пузырьковом кипении и вторую крити­ ческую плотность теплового потока 9кр& ~ минимально возможную плотность теплового потока при пленочном ки­ пении. Инженерную практику прежде всего интересует

398

как при кипении в свободном объеме, так и при вынуж­ денном движении воды или пароводяной смеси.

Вместе с тем в парогенерирувдих каналах был обна­ ружен и второй вид кризиса теплообмена, так называ­ емый кризис теплообмена второго рода. Этот вид кризиса возникает в результате перехода дисперсно-кольцевой структуры потока в чисто дисперсную. Резкое ухудшение теплоотдачи в этом случае наступает после испарения очень тонкой пристенной жидкой пленки при определен­

норирование этого факта со стороны многих исследова­ телей внесло значительную путаницу в расчетные реко­

мендации по % кр и ’ При кризисе теплообмена^первого рода происходит

коренное изменение гидродинамических условий процесса охлаждения поверхности нагрева. Пленочный режим кипе­ ния возникает в результате потери гидродинамической устойчивости пузырьковым пограничным двухфазным сло­ ем. Устойчивость жидких пленок, пронизывающих двухфаз­ ный слой, нарушается. При плотности теплового потока,

недостаточно для поддержания во взвеиенном состоянии массы воды, обтекающей паровую пленку. Жидкость под действием силы тяяестн стремится разрушить гидродина­ мическую структуру пограничного слоя.

399