15241

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТИ ПОТОКА НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА ВВЭР-1000, В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ

Лабораторная работа

Энергетика

Лабораторная работа №1 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТИ ПОТОКА НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА ВВЭР1000 В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ Объект исследования: течение теплоносителя в кольцевом опускном тракте в части напорно...

Русский

2013-06-11

1.23 MB

7 чел.

Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТИ ПОТОКА НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ РЕАКТОРА ВВЭР-1000, В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ

  Объект исследования: течение теплоносителя в кольцевом опускном тракте в части напорного коллектора, влияние режимов работы контуров охлаждения реактора на неравномерность распределения скорости потока теплоносителя перед днищем шахты.

  Формирование потоков теплоносителя в напорном коллекторе реактора ВВЭР-1000 начинается в области обечайки напорных патрубков и заканчивается в области за эллиптическим днищем шахты. Теплоноситель подводится к реактору через 4 напорных патрубка внутренним диаметром 850 мм, ударяется о поверхность шахты, растекается веерными струями, которые во взаимодействии образуют опускное кольцевое течение, развивающееся в кольцевом канале постоянного сечения,  диффузоре и вновь в кольцевом канале увеличенного постоянного сечения. В области эллиптических днища корпуса и шахты теплоноситель движется в кольцевом коллекторе-конфузоре, затем через отверстия в днище шахты поступает в опорные стояки, над которыми находятся бесчехловые ТВС активной зоны.

  Теоретическое исследование течения в напорном коллекторе реактора ВВЭР-1000 возможно с использованием современных трехмерных программ в силу сложной структуры этого течения. Получение экспериментальных данных о течении и тепло-массобмене в напорном коллекторе являются важным для понимания особенностей течения здесь и верификации моделей расчета.

  Рассматриваемая область трехмерного, турбулентного течения может быть представлена как состоящая из следующих пяти областей:

  •  истечение струй из напорных патрубков и их взаимодействие с корпусом шахты;
  •  формирование кольцевого опускного течения;
  •  опускное течение в кольцевом канале с диффузорным участком, образованным постепенным изменением толщины стенки корпуса в области приварки подводящих патрубков к корпусу реактора;
  •  течение в эллиптической части коллектора;
  •  течение в области опорных стояков ТВС.

  Кольцевой поток, образованный при взаимодействии потока теплоносителя с внутрикорпусными устройствами реактора, движется вертикально вниз и характеризуется изменением скорости по радиусу и в тангенциальном направлении. Радиальное изменение скорости определяется вязким трением потока о поверхности шахты и корпуса, тангенциальное – характером взаимодействия веерных струй: расстоянием между струями, расходами в веерных струях.

   В первой области радиальная скорость Wr существенно превышает осевую Wx  и тангенциальную W вплоть до поверхности шахты, где преобладающими становятся скорости Wx  и W.

  Формирование кольцевого течения из веерно растекающихся струй (вторая область) происходит в области конструкции, ограниченной сверху уплотнительным кольцом, разделяющим коллекторы подвода и отвода теплоносителя из активной зоны. Движущаяся к кольцу часть веерного пограничного слоя разворачивается в противоположном первоначальному движению направлении и в промежутках между струями, истекающими из входных патрубков, вытекает вертикально вниз, объединяясь с веерными струями, исходно двигавшимися в этом направлении. Как показывают эксперименты, скорость осевого потока между патрубками наибольшая, оси струй находятся между патрубками. При формировании кольцевого течения образуются крупные вихри, обеспечивающие компенсацию эжекционной способности исходных струй и веерных пограничных слоев. Компоненты скоростей Wх , Wr , W в основном объеме области соизмеримы, а на выходе преобладающей становится компонента скорости Wx, меняющаяся как по , так и по r.

  Течение в кольцевом канале (третья область) является примером трехмерного течения типа пограничного слоя, в котором Wx существенно больше Wr и  W. Диффузорность или ступенчатое изменение сечения канала мало влияют на характер течения. Градиенты скорости  существенно больше чем  в силу малости кольцевого зазора по сравнению с радиусом кольцевого канала. Течение в этой области моделируется наиболее точно в силу отработанности моделей замыкания турбулентности в течениях типа пограничного слоя. Проблемным является вычисление распределения скорости Wx() на границе второй и третьей зон.

  Течение в эллиптической части коллектора является течением с отбором массы и характеризуется соизмеримыми величинами компонент Wr ~ Wx.

  В области опорных стояков поток, истекающий из отверстий перфорации днища шахты и движущийся вертикально вверх, втекает в прорези стояков, предназначенных для прохода теплоносителя, и  формирует внутри стояков течение на входе в хвостовики ТВС.

  Анализ уравнений движения в напорном коллекторе и условий входа потоков из циркуляционных петель в напорный коллектор показал, что тангенциальная компонента скорости W может появляться не только вследствие зависимости Wx(), но и вследствие внесения истекающими из петель радиальными струями тангенциального момента количества движения, имеющего порядок величины

,                                                

где  - среднерасходная скорость истечения из i-ой петли;

     - среднее значение тангенциальной компоненты скорости в i-ой петле;

     Fi – площадь проходного сечения петли;

     Rcp – средний радиус кольцевого канала напорного коллектора;

     i – плотность теплоносителя на входе.

  Тангенциальная компонента Wi возникает при отклонении скорости потока на выходе из петли от радиальной как результат технологических решений, следствие кривизны оси трубопроводов циркуляционного контура, различия в расходах по отдельным петлям. Указанные причины могут привести к возникновению циркуляции , «закручиванию» опускного осевого течения в кольцевом канале. Интенсивность вращения потока должна увеличиваться в эллиптической части коллектора, когда величина радиуса течения уменьшается.

  Распределение скорости теплоносителя на входе в активную зону в условиях нормальной эксплуатации и при отклонении от условий нормальной эксплуатации определяется:

  •  расходами в патрубках подвода теплоносителя к корпусу реактора;
  •  течением, обменом количеством движения между потоками, истекающими из патрубков подвода, в области кольцевого опускного тракта в пространстве, ограниченном разделительным кольцом, шахтой и корпусом;
  •  течением в области эллиптического коллектора, образованного эллиптическими днищем корпуса и днищем шахты, сопровождающимся перетеканием потока теплоносителя во внутреннюю полость шахты через перфорацию днища шахты цилиндрическими отверстиями с вертикальной осью;
  •  течением между и в объеме опор для ТВС активной зоны, окончательно формирующих распределение расхода на входе в ТВС.

  Исследования течения в опускном кольцевом тракте в области ниже входных патрубков показали, что тангенциальное распределение скорости здесь определяется в первую очередь числом патрубков с максимальным расходом подводимого теплоносителя: между указанными патрубками зафиксированы максимальные скорости потока в направлении днища шахты. Течение между патрубками можно трактовать как движущиеся вертикально вниз в кольцевом зазоре струи, распределение скорости в которых в тангенциальном направлении изменяется вдоль потока. При одинаковом расходе во всех четырех подводящих патрубках образуется четыре струи, в трех – три струи, в двух – две струи, а при подводе теплоносителя через один из патрубков – одна струя. Минимальные значения скорости в этих струях имеют место за веерными струями из патрубков подвода, максимальные – в промежутках между этими веерными струями. Характер течения в опускном кольцевом тракте принципиально не меняется, если через несколько (один...три) патрубка подается до 50% от максимального расхода через патрубки. Максимальные скорости на оси различных опускных струй, движущихся в кольцевом зазоре, близки по величине. Можно отметить, что при увеличении «ширины» струи, т.е. расстояния между патрубками с максимальным расходом, максимальная скорость в струе несколько увеличивается. Минимальные скорости на границах струй изменяются вдоль течения немонотонно: в области, прилегающей к «веерной» струе, они сначала уменьшаются и затем на участке подхода потока к днищу шахты увеличиваются.

  Тангенциальные распределения скорости перед эллиптическим коллектором, образованным эллиптическими днищами корпуса и шахты, для различных расходов теплоносителя в подводящих патрубках приведены на рисунках 7…18. Для одинаковых/ различных по значению расходов в патрубках (рис.7,8) зафиксированы четыре «плоских» струи, ширина которых пропорциональна расстоянию между патрубками, а максимальная скорость на ~10% больше для более широких струй. Отношение максимальной и минимальной скоростей в струях (сечение С4) (рис.4, [  ]) составляет ~1,7. При уменьшении расхода в патрубке №2 до 50% от максимального (рис.9) или до нуля (рис.10) формируется три струи. Роль расхода через патрубок №2 появляется в неравномерности  скорости в струе между патрубками №3 и №1. Отношение максимальной и минимальной скоростей в струях составляет около 2,2. При уменьшении расхода в двух напротив расположенных (рис. 11,12), соседних «далеко» расположенных (рис.13,14) или соседних «близко» расположенных (рис.15,16) патрубках зафиксированы две струи соответственно одинаковой или различных ширины с близкими максимальными скоростями в параллельных струях. Отношение максимальной и минимальной скоростей в струях (сечение С4) составляет (2,5…3,7) для одинаковых по ширине струй, (3,2…4,2) и (3,4…4,7) для различных по ширине струй в зависимости от величины расхода в патрубках с частичной подачей теплоносителя. При уменьшении расхода в этих патрубках отношение максимальной и минимальной скоростей увеличивается. Для подачи максимального расхода через один патрубок подвода зафиксирована одна струя  с отношением максимальной и минимальной скоростей в сечении С4, равным 3,8…7,5.

Характеристики течения на входе в эллиптический коллектор (в сечении С4) между днищами корпуса и шахты приведены в таблице 1.

Таблица 1

NN

пп

Расходы в патруб-

ках подвода

Число струй

Угловая ширина струй

Отношение макс. и мин. скоростей струй

NN

рис.

1

1-1-1-1

4

125 и 55

1,7

7

2

0,5-0,5-0,5-0,5

4

125 и 55

1,7

8

3

1-0,5-1-1

3

160 и 100

2,2

9

4

1-0-1-1

3

135 и 112

2,2

10

5

1-0,5-1-0,5

2

180

2,5

11

6

1-0-1-0

2

180

3,7

12

7

1-0,5-0,5-1

2

240 и 120

3,2

13

8

1-0-0-1

2

200 и 160

4,2

14

9

1-1-0,5-0,5

2

260 и 100

3,4

15

10

1-1-0-0

2

225 и 135

4,7

16

11

1-0,5-0,5-0,5

1

360 /220 *

3,8

17

12

1-0-0-0

1

360 /110 *

7,5

18

  •  указана угловая ширина области с максимальной опускной скоростью в «плоской» струе

  Режим 1-1-1-1 во всех экспериментах – режим с одинаковым расходом воды в четырех подводящих патрубках модели.

  Режимы 1-0-1-1; 1-0-0-1 и 1-0-1-0 – с нулевым расходом в одном из подводящих патрубков; с нулевым расходом в двух соседних или двух противоположных, расположенных навстречу друг другу патрубках.

  Режимы 1-0,5-0,5-1, 1-0,5-1-1 – с уменьшенным в два раза расходом в двух или одном подводящем патрубке.

  Таким образом, течение теплоносителя в кольцевом опускном тракте и на входе в эллиптический коллектор между днищами корпуса и шахты зависит от числа патрубков, подающих максимальный расход теплоносителя, от их расположения друг относительно друга, от величины расхода в других патрубках. Кроме того, оно характеризуется различным числом опускных струй, их различной шириной, и увеличением тангенциальной неравномерности с уменьшением числа патрубков, через которые поступает максимальный расход.

.

 

Рисунок 7. Распределение скорости в режиме №1  (1-1-1-1).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 8. Распределение скорости в режиме №2  (0,5-0,5-0,5-0,5).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 9. Распределение скорости в режиме №3  (1-0,5-1-1).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 10. Распределение скорости в режиме №4  (1-0-1-1).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1-0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 11. Распределение скорости в режиме №5  (1-0,5-1-0,5).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 13. Распределение скорости в режиме №7  (1-0,5-0,5-1).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 15. Распределение скорости в режиме №9  (1-1-0,5-0,5).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 17. Распределение скорости в режиме №11  (1-0,5-0,5-0,5).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°

Рисунок 18. Распределение скорости в режиме №12  (1-0-0-0).

1 – сечение С.1; 2 – сечение С.2; 3 – сечение С.3; 4 – сечение С.4.

Угловые координаты патрубков: №1 - 0°, №4 – 125°, №3 – 180°, №2 -305°


EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  

EMBED Excel.Sheet.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7904. Конституційні права та свободи людини і громадянина 139 KB
  Тема: Конституційні права та свободи людини і громадянина Мета: ознайомити учнів з конституційними правами та свободами людина і громадянина, їх класифікацією, пояснити значення прав та свобод людини і громадянина та їх захист в Україні формувати в...
7905. Право власності. Урок 52.5 KB
  Тема уроку: Право власності Мета уроку: сформувати уявлення про зміст спадкового права, порядок спадкування за заповітом та за законом навчити аналізувати правові ситуації, що регулюються нормами спадкового права розвивати ...
7906. Володимиро-Суздальське князівство. Великий Новгород. Монгольське завоювання Русі 25.48 KB
  Всесвітня історія: Володимиро-Суздальське князівство. Великий Новгород. Монгольське завоювання Русі. Невська битва та Льодове побоїще. Початок збирання руських земель навколо Москви. Мета: створити умови для всебічного розуміння учнями всіх політичн...
7907. Віра, надія, любов як духовно-практичні виміри людини 41 KB
  Віра, надія, любов як духовно-практичні виміри людини Загальноприйнятим і простим є твердження, що людина не може жити без віри. Насамперед віру тлумачать якупевненість людини в існуванні якого-небудь явища, визнання його реальності. Віра...
7908. Загальні засади організації системи органів влади України 40 KB
  Загальні засади організації системи органів влади України У розділі І Конституції Загальні засади є низка важливих положень, які стосуються характеру і статусу організації державної влади. В ч. 1 ст. 5 Конституції встановлено: «Народ здійснює влад...
7909. Причини, характер, періодизація Другої світової війни 29.2 KB
  Причини, характер, періодизація Другої світової війни Більше, ніж півстоліття минуло з дня закінчення Другої світової війни, яка принесла людству чисельні жертви і руйнування. У цій війні брали участь понад 60 держав, на території яких проживало...
7910. Стереотипи та їх роль у житті людини і суспільства. Толерантність. Ксенофобія. Расизм 26.28 KB
  Стереотипи та їх роль у житті людини і суспільства. Толерантність. Ксенофобія. Расизм. Мета: розвивати готовність і потребу учнів до самопізнання і самореалізації своєї особистості визначити сутність понять стереотипи, толерантність формувати ...
7911. Засоби масової інформації та їх роль у суспільному житті 28.66 KB
  Засоби масової інформації та їх роль у суспільному житті Мета: дати знання про сутність понять інформація, ЗМІ, Інформаційна революція визначити основні види і функції ЗМІ розкрити роль ЗМІ у сучасному суспільному житті продовжити формування вмін...
7912. Особливості розвитку української культури. Освіта. Недільні школи в наддніпрянській Україні. Вищі навчальні заклади. Новоросійський університет 25.19 KB
  Особливості розвитку української культури. Освіта. Недільні школи в наддніпрянській Україні. Вищі навчальні заклади. Новоросійський університет Освіта в другій половині XIX ст.Чому освіту називають світлом життя? МЕТА:формувати вміння аналізув...