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

5 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

8668. Античная философия. Греко-римский (эллинистический) период античной философии 21.25 KB
  Античная философия Аристотель о человеке и государстве. Греко-римский (эллинистический) период античной философии. I. Гносеология Аристотеля. Аристотель критиковал скептиков и агностиков, полагал, что мир познаваем. Критиковал Платона за...
8669. Особенности Восточной философии 23.04 KB
  Особенности Восточной философии. Западное и Восточное мировоззрение: единство и различие. Философия Древней Индии. Ортодоксальные и неортодоксальные школы. Философия буддизма. Западное и Восточное мировоззрение: единство и различие. Чем...
8670. Средневековая философия и философия Возраждения 22.53 KB
  Средневековая философия и философия Возраждения. Номиналисты и реалисты средневековья. Проблема теодицеи. Пантеизм философии эпохи Возрождения. Номиналисты и реалисты средневековья. Проблема теодицеи. Знание и вера. - только вера помогает знат...
8671. Философия Нового времени. Общая характеристика философии Нового времени 21.66 KB
  Философия Нового времени. Общая характеристика эпохи Нового времени. Общая характеристика философии Нового времени. Основные философские направления. Сенсуализм. Эмпиризм. Рационализм. Эпоха нового времени (17-19 века). - Буржуазные революции в Евро...
8672. Философия Нового времени 17-19 века 23.17 KB
  Философия Нового времени 17-19 века. Немецкая классическая философия Философия марксизма Немецкая классическая философия (80-е годы 18 века - 1831 г.) - Представители: Кант, Шеллинг, Фихте, Гегель. - Основная тематика - п...
8673. Философия 19-20 веков. Иррационалистические учения 19-20 веков (Шопенгауэр, Ницше, философия жизни, психоанализ, экзистенциализм) 20.27 KB
  Философия 19-20 веков. Иррационалистические учения 19-20 веков (Шопенгауэр, Ницше, философия жизни, психоанализ, экзистенциализм). Рационалистические учения (позитивизм, неокантианство, герменевтика). Философия Шопенгауэра. - В основе вс...
8674. Предмет, проблеми і функції філософії. Основні питання філософії 109 KB
  Предмет, проблеми і функції філософії. Основні питання філософії Поняття і предмет філософії. Форми і методи філософії. Матеріалізм та ідеалізм в історії філософії. Основні питання філософії. Світогляд та його структура. Філо...
8675. Філософія Стародавнього Сходу 161.5 KB
  Філософія Стародавнього Сходу Особливості та характерні риси філософствування Сходу та Заходу. Філософія Стародавньої Індії. Філософія Стародавнього Китаю. Філософські книги Біблії. Особливості та характерні риси філософствув...
8676. Філософія Античності 106 KB
  Філософія Античності Філософія Стародавньої Греції. Філософія Стародавнього Риму. Філософія еллінізму Філософи фізису Своїм виникненням західноєвропейська філософія завдячує Давній Греції. Період з VIст. до н.е. по IV...