15242

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (ИМИТАТОРА БОРА) НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ

Лабораторная работа

Энергетика

Лабораторная работа №3 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ИМИТАТОРА БОРА НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ Объект исследования: изучение динамики распределения температуры при подогреве воды подав

Русский

2013-06-11

454 KB

1 чел.

Лабораторная работа №3

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ (ИМИТАТОРА БОРА) НА ВХОДЕ В АКТИВНУЮ ЗОНУ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ОТДЕЛЬНЫХ ПЕТЛЯХ

  Объект исследования: изучение динамики распределения температуры при подогреве воды, подаваемой в один из напорных патрубков, и различных расходах воды в трех других патрубках (одинаковых, различных по величине, в том числе нулевых), что является моделированием процессов в напорном коллекторе, протекающих при работе одного из четырех каналов системы аварийного ввода бора.

  Изучение распределения температуры на входе в активную зону выполняется для двух вариантов исполнения коллекторов в части объема между днищем шахты и решеткой: без установки имитаторов опор ТВС и с установкой 55 имитаторов опор ТВС, геометрически подобных натурным опорам в части проходного сечения для подвода теплоносителя к ТВС.   

  В ходе работы будет исследовано распределение температуры в 55 точках на входе в активную зону при подогреве до 85 0С воды, подаваемой в один из напорных патрубков, и различных расходах воды в трех других патрубках (одинаковых, различных по величине, в том числе нулевых). Инерционные характеристики термопар (постоянная времени ~0,2 с) позволят получить динамику распространения подогретой воды по времени переходного процесса, начиная от момента замены воды постоянной температуры (~20 0С) подогретой водой (~85 0С) до момента исчерпания емкости подогретой воды и возвращения к режиму подачи во все работающие патрубки воды одинаковой температуры. Такая организация эксперимента является моделированием процессов в напорном коллекторе, протекающих при работе одного из четырех каналов системы аварийного ввода бора в условиях нарушения циркуляции в других петлях. Условия измерений температуры на входе в активную зону при отключении расхода в одном или нескольких патрубках не в полной мере моделируют потоки теплоносителя в напорном коллекторе: не учитываются «обратные» потоки теплоносителя в петлях с «неработающими ГЦНА».

Изменение температур в переходном процессе

  Подогретая вода подается в модель при ее вытеснении из блока батарей водой контура стенда. На выходе из модели подогретая и холодная вода смешиваются во всасывающем коллекторе стенда и в напорный коллектор стенда начинает поступать вода с температурой, более высокой по сравнению с начальной. В первую очередь, вода с повышенной температурой поступает в патрубки, непосредственно соединенные с напорным коллектором (патрубки 2, 3, 4, если все они открыты). В первый патрубок вода с повышенной температурой поступает с задержкой по времени, которая определяется объемом батареи нагревателей, первоначально заполняемой подогретой водой, которая вытесняется вначале холодной водой, а затем водой контура стенда повышенной температуры.

  Изложенное иллюстрируется зависимостями температур во входных патрубках №1 и №2 (термопары 56 и 57) модели и в характерных точках сечения на входе в активную зону, представленных в форме временных зависимостей на рисунках 54…60. Например, на рисунке (54 а) показан переходной процесс для варианта модели со «свободным» объемом в эллиптическом днище, а на рисунке (54 б) – переходной процесс для варианта модели с установленными опорами под ТВС. Для термопар 56 и 57 переходные процессы вследствие равенства расходов по патрубкам и суммарного в модели, близких температур воды в контуре стенда (~22…250С) и в батарее нагревателей (~750С) практически идентичны. Момент времени «0» на графиках соответствует моменту включения измерительной системы. Начало подачи нагретой воды в модель соответствует моменту начала роста температуры  в патрубке №1 (термопара 56). Переходный процесс подачи нагретой воды в патрубок №1 длится около 40 сек, после чего температура воды в первом патрубке определяется изменением температуры в контуре стенда. Температура в патрубке №2 (термопара 57) начинает изменяться через ~15 сек после начала подачи нагретой воды в модель, когда после смешения горячей и холодной воды во всасывающем коллекторе стенда вода повышенной температуры поступает в патрубки №2, 3, 4. В последующие моменты времени температура в патрубке №2 увеличивается (в контуре стенда увеличивается объем воды, вытесненной из нагревательных батарей), превышая асимптотическое значение температуры (~400C) вследствие «сохранения» в этот момент части холодной воды в батарее нагревателей, а затем стремится к асимптотическому значению. Различная крутизна фронта подъема и уменьшения температуры во время подачи нагретой воды из батареи связана с процессами смешения в направлении течения нагретой воды, протекающими в объеме батареи нагревателей и трактах от батареи к модели.

  Изменение температур на входе в активную зону (термопары 32, 1, 28, 55) в пределах первых 5 сек переходного процесса связано с изменением температуры в патрубке №1 (обусловленным меньшим нагревом воды в соединительных трубах нагревательной батареи) и флуктуациями температуры вследствие турбулентного режима смешения струйных потоков. После 15 сек на изменение температур в сечении входа в активную зону начинают влиять изменяющиеся температуры в патрубках №2, 3, 4.

  В связи с изложенным, для характеристики уровня смешения разнотемпературных потоков в условиях определенного распределения расходов воды по подводящим патрубкам выбирается момент времени, лежащий в пределах отрезка времени от установления постоянной температуры в патрубке №1 до начала подъема температуры в патрубке №2. Для условий рисунка 54 а и б - это 13 и 22 сек.

  Данные для иных распределений расхода по подводящим патрубкам качественно подобны представленным на рис.54. Различаются лишь моменты времени начала изменения температуры в патрубке №2, связанные с изменением суммарного расхода в контуре стенда. В то же время установившаяся температура в контуре остается постоянной (определяется неизменными начальными объемами нагретой и холодной воды в контуре стенда). Мало изменяется зависимость температуры от времени для патрубка №1, поскольку расход в этом патрубке в представленных экспериментах сохранялся постоянным (~25 м3/ч).

  Полученные данные изменения температур в контуре могут быть использованы для верификации программ, описывающих переходные процессы в условиях работы системы быстрого ввода бора. Турбулентный характер смешения потоков является основанием считать тепловые и диффузионные процессы протекающими с одинаковой интенсивностью, т.е. смешение разнотемпературных потоков представительно моделирует смешение потоков с различной концентрацией раствора борной кислоты. Различие в замыкании контуров циркуляции в условиях моделирования и петлях реактора ВВЭР-1000 естественно вносит особенности в изменение характеристик потоков (что было представлено ранее), но не является принципиальным для использования полученных данных с целью верификации программных продуктов.

Распределение температуры на входе в активную зону

  Распределение температуры потока в сечении входа в активную зону представлено на рисунках 54…60 а и б в форме теневых картин для условий отсутствия моделей опор ТВС (а) и при их наличии (б). Теневые картины характеризуют области сечения входа в активную зону, имеющие различную температуру. Наиболее светля область (у патрубка №1)* соответствует температуре нагретой воды, поступающей из батареи, наиболее темная область (у патрубка №3 и смежных с ним) – температуре холодной воды в контуре стенда. Указанные области разделены 8 областями с изменяющейся насыщенностью «потемнения», имеющими 9 границ между собою со светлой и темной областью. Указанные границы соответствуют изотермам, для которых относительная температура

  0,1; 0,2; 0,3;…; 0,9,     

  где - температура на изотерме;

        -температура нагретой и холодной воды.

  Представленные зависимости получены линейной интерполяцией значений температур, измеренных термопарами №1, …, №55.

  Анализ пространственного положения изотерм позволяет сделать вывод об интенсивности перемешивания неизотермических потоков в напорном коллекторе в зависимости от:

  •  расходов потоков во входных патрубках, что влияет на характер течения в опускном кольцевом тракте и эллиптическом коллекторе;
  •  конструктивного решения модели в объеме от перфорированного днища шахты до дистанционирующей решетки на входе в активную зону: «свободный» объем или установка моделей опор ТВС. Течение в «свободном» объеме неустойчиво и при различных расходах воды в патрубках характеризуется возникновением вихревых зон в области второго и третьего рядов отверстий решетки на входе в активную зону. При установке моделей опор ТВС течение на входе в активную зону устойчиво, характеризуется малыми флуктуациями скорости, а средние значения скорости являются приблизительно постоянными во всем сечении.

  Общие результаты анализа пространственного положения изотерм сводятся к следующим:

  •  при любом распределении расходов по патрубкам подвода воды к напорному коллектору имеет место значительная неравномерность температуры (концентрации бора) на входе в активную   зону,   если   нагретая   вода  (иная  концентрации  бора) поступает  в  один  из патрубков;
  •  положение области смешения (изотерм) зависит в первую очередь от распределения расхода по патрубкам модели:

  для равномерного распределения расходов изотермы симметричны оси,

                           близкой по направлению к оси патрубков 1 и 3 (рисунок 54);

 для уменьшенного расхода в одном из патрубков (четвертом или втором, рисунки 55 и 56) ось зоны  смешения разворачивается в сторону патрубка с меньшим расходом; расход  в  патрубке 3,   расположенном  на одной оси с патрубком 1 (рисунок 57), слабо влияет на пространственное положение области смешения;

 для уменьшенного расхода в двух соседних патрубках (втором и третьем, рисунок 58 и 59) ось зоны смешения поворачивается в сторону этих патрубков в большей степени, чем при уменьшении   расхода   в   одном   из   патрубков;   уменьшение  расхода   в  двух встречных  патрубках  (втором и четвертом, рисунок 60)  сохраняет  положение  оси  зоны смешения, подобно наблюдаемому при равномерном распределении  расхода по патрубкам (рисунок 54),  но  ширина  зоны  смешения  увеличивается  (уменьшается   расход холодной воды);

  •  конструктивное решение модели в объеме шахты оказывает заметное влияние на положение изотерм:

 при наличии опор  ТВС  смешение   на   входе   в   активную   зону   оказывается меньшим,  в  первую   очередь   для   вариантов   нарушения   равномерной   подачи   расхода  в  патрубки;

  смешение на входе в центральную область активной зоны при наличии опор  

                           ТВС меньше (зона изотерм более узкая);

  для периферийной части сечения  входа в активную зону смешение при  

                          наличии опор ТВС несколько больше.

  Полученные данные о распределениях температуры на входе в активную зону и данные о гидродинамике течения в кольцевом опускном тракте, эллиптическом коллекторе и в объеме эллиптической части шахты, находятся в хорошем качественном соответствии. Изменение положения зоны смешения потоков на входе в активную зону объясняется особенностями формирования струй в кольцевом опускном тракте, а размеры зоны смешения – течением за эллиптическим днищем шахты.

  Таким образом, можно сделать следующие выводы:

    - исследование распределений имитатора бора на входе в активную зону при различных расходах воды во входных патрубках, в том числе при отключении одного или двух патрубков, показывают, что как в условиях равномерного распределения расхода по входным патрубкам, так и при нарушениях циркуляции в контурах охлаждения реактора, обеспечить равномерное распределение бора на входе в активную зону невозможно.

  - в сечении входа в активную зону при различных распределениях расхода воды по подводящим патрубкам и подаче имитатора бора в один из патрубков создается область переменной концентрации бора, изменяющейся от нарушенной концентрации бора в одном из патрубков до номинальной концентрации бора в других патрубках. Область изменяющейся концентрации бора занимает от половины до трех четвертей сечения входа в активную зону и занимает различное положение относительно входных патрубков в зависимости от распределения расхода по входным патрубкам модели.

 - динамика изменения концентрации бора в сечении входа в активную зону определяется изменением концентрации бора в подводящем патрубке в начальный период подвода бора (от системы быстрого ввода бора) и зависит от степени смешения на границе раздела потоков с разной концентрацией бора при ее движении по трубопроводам к реактору. В периоды времени, превышающие время циркуляции теплоносителя по контуру охлаждения, концентрация бора в сечении входа в активную зону зависит от степени перемешивания потоков, движущихся через различные патрубки.

а

б

Рисунок 54 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-1-1-1) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 55 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-1-1-0,5) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 56 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-0-1-1) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 57 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-1-0-1) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 58 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-0,5-0,5-1) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 59 -  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-0-0-1) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)

а

б

Рисунок 60-  Изменение температур во времени переходного процесса и изотермы на входе в активную зону в режиме (1-0-1-0) для вариантов модели без опор ТВС (а) и с опорами (б)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

926. Теория налогов и налогообложения 803.5 KB
  Понятие, сущность и функции налогов и сборов. Принципы определения цены для целей налогооблажения. Классификация налогов и сборов. Права и обязанности налогоплательщиков. Налоговые правонарушения и ответственность за их совершение. Порядок исполнения обязанности по уплате налогов и сборов.
927. Расчет ленточного транспортера 744.5 KB
  Краткие сведения о ленточном транспортере. Выбор электродвигателя. Определение передаточного отношения привода. Проектирование червячного редуктора. Расчет подшипников быстроходного вала. Соединение тихоходного вал – червячное колесо. Сварное соединение на приводном валу. Расчет муфты.
928. Усовершенствование технологического процесса сборки-сварки конструкции Каркас передка 52997 682.5 KB
  Высокие показатели прочности и надежности сварных соединений. Производство миниатюрных деталей и элементов. Сварка плавящимся электродом в углекислом газе. Комплектация сварной конструкции. Механические свойства стали используемой при сварке. Обоснование выбора способа сварки. Сварочный выпрямитель ВДУ-506.
929. Методы программирования 2.94 MB
  Моделирование и анализ параллельных вычислений. Описание схемы выполнения параллельного алгоритма. Программирование параллельных алгоритмов. Структура параллельной программы с использованием MPI. Передача данных от одного процесса всем процессам программы. Организация неблокирующих обменов данными между процессами. Факторы, влияющие на производительность, и способы ее повышения. Режимы параллельных вычислений с общей памятью. Обзор средств параллельного и распределенного программирования.
930. Применение моделей пассивных компонентов 541 KB
  Моделирование последовательного колебательного контура с гиратором в качестве индуктивности. Использование модели индуктивности в колебательном контуре. Параметры последовательного контура. Исследование модели конденсатора.
931. Облік та аудит реалізації продукції СТОВ 444 KB
  Організація документування та розробка робочих інструкцій первинних документів для обліку реалізації продукції. Технологічна картка бухгалтера з обліку реалізації продукції. Фінансово-економічний аналіз діяльності СТОВ Говтва Решетилівського району. Методика і технологія проведення аудиту процесу реалізації продукції.
932. Расчеты горения топлива 139 KB
  Расчёт теплоты сгорания топлива. Определение теоретически необходимого и фактического расхода воздуха. Определение выхода и состава продуктов горения. Определение теоретической и действительной температуры горения.
933. Расчет нагрева металла 256.5 KB
  Расчет времени нагрева металла в методической зоне. Средняя температура металла по сечению. Расчет времени нагрева металла в сварочной зоне. Расчет времени томления металла.
934. Тепловой баланс 558.5 KB
  Температура внутренней поверхности кладки. Потери теплоты через футеровку. Потери теплоты через окна. Теплота экзотермических реакций. Температура уходящих из томильной зоны газов. Потери теплоты с охлаждающей жидкостью. Температуру внутренней поверхности стен.