Научная статья на тему 'Исследование устойчивости контура естественной циркуляции теплоносителя'

Исследование устойчивости контура естественной циркуляции теплоносителя Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

CC BY
22
0
Поделиться
Ключевые слова
ЕСТЕСТВЕННАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ / NATURAL CIRCULATION / УСТОЙЧИВОСТЬ / STABILITY / КИПЕНИЕ / BOILING

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Логинова Светлана Сергеевна

Данная работа посвящена экспериментальным исследованиям стационарных процессов теплообмена при двухфазной (пузырьковой) и однофазной (жидкостной) гидродинамике потока, движущегося около нагретой стенки канала. Проводится исследование контура естественной циркуляции с кипением и без кипения теплоносителя. Во время эксперимента варьируется мощность нагревателя, расход охлаждающей воды. Фиксировались такие параметры, как мощность нагревателя N, температуры на входе и выходе из обогревательного участка и по высоте этого участка, температуры охлаждающей воды на входе и выходе из холодильников, перепад давления на опускном участке, время выхода на режим установившейся естественной циркуляции.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Логинова Светлана Сергеевна,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Исследование устойчивости контура естественной циркуляции теплоносителя»

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ КОНТУРА ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ Логинова С.С. Email: Loginova631@scientifictext.ru

Логинова Светлана Сергеевна - студент, направление: ядерные физика и технологии, кафедра ядерных реакторов и энергетических установок, Институт ядерной энергетики и технической физики,

Нижегородский государственный университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород

Аннотация: данная работа посвящена экспериментальным исследованиям стационарных процессов теплообмена при двухфазной (пузырьковой) и однофазной (жидкостной) гидродинамике потока, движущегося около нагретой стенки канала. Проводится исследование контура естественной циркуляции с кипением и без кипения теплоносителя. Во время эксперимента варьируется мощность нагревателя, расход охлаждающей воды. Фиксировались такие параметры, как мощность нагревателя N, температуры на входе и выходе из обогревательного участка и по высоте этого участка, температуры охлаждающей воды на входе и выходе из холодильников, перепад давления на опускном участке, время выхода на режим установившейся естественной циркуляции. Ключевые слова: естественная циркуляция, устойчивость, кипение.

INVESTIGATION OF THE STABILITY OF THE CIRCUIT OF NATURAL CIRCULATION OF COOLANT Loginova S.S.

Loginova Svetlana Sergeevna- Student, DIRECTION: NUCLEAR PHYSICS AND TECHNOLOGY, DEPARTMENT OF NUCLEAR REACTORS AND POWER PLANTS, THE INSTITUTE OF NUCLEAR ENERGY AND TECHNICAL PHYSICS NIZHNIY NOVGOROD STATE UNIVERSITY NAMED BY R.E. ALEKSEEV, NIZHNIY NOVGOROD

Abstract: this work is devoted to experimental studies of the stationary heat transfer processes in two-phase (bubble) and single phase (liquid) fluid dynamics of the flow moving around the heated wall of the channel. The investigation of loop natural circulation with boiling and without boiling of the coolant. During the experiment varies the power of heater, flow of cooling water. Recorded parameters such as heater power N, the temperature at the inlet and the outlet of the heating section and the height of this phase, the temperature of cooling water at the inlet and the outlet of the refrigerators, the pressure drop across the standpipe section, the time to steady-state regime of natural circulation. Keywords: natural circulation, stability, boiling.

УДК 532.542.1

Целью данной работы является: экспериментальное исследование режимов естественной циркуляции с кипением и без кипения теплоносителя при низких параметрах теплоносителя, получение на их базе статистических характеристик.

Описание установки: модель установки представляет собой замкнутый контур циркуляции. Мощность варьируется от 0 до 10 КВт. В контуре имеется обогреваемый пропусканием электрического тока подъемный участок и охлаждаемый водопроводной водой опускной участок контура циркуляции.

На выходе из подъемного участка установлен бак с запасом теплоносителя. В состав стенда входит система компенсации изменения объема теплоносителя в воде бака, снабженного уровнемером и необходимой аппаратурой; система заполнения и осушения стенда; расходомерное устройство охлаждающего контура циркуляции; система энергоснабжения и управления. На опускном участке фиксируется перепад давления. Запись снимаемых данных ведется на ПК.

Методика проведения эксперимента: при проведении эксперимента варьировались мощность нагревателя, расход охлаждающей воды. Исследовались режимы естественной циркуляции с кипением и без кипения. При этом фиксировались такие параметры, как:

1) мощность нагревателя N

2) температуры на входе и выходе из обогревательного участка и по высоте этого участка;

3) температуры охлаждающей воды на входе и выходе из холодильников;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4) перепад давления на опускном участке;

5) время выхода на режим установившейся естественной циркуляции

Результаты исследования:

Движущий напор расходуется на преодоление местных сопротивлений, а также потерь на трение и ускорение во всем контуре. Движущий напор, уменьшенный на величину гидравлических потерь в подъемном участке (полезный напор), может быть определен путем измерения гидравлических потерь опускного участка [1]. Для данного контура при определенном значении мощности, подводимой к обогреваемой части, величина полезного 5пол напора, как и величина гидравлических потерь опускного участка, определяются массовым расходом жидкости в контуре. Чем выше массовый расход М, тем ниже Бпол и тем выше Д Роп.

Массовый расход воды в первом контуре из уравнения баланса мощности на обогреваемом участке

N

М=7Г~,-7 (1)

СР ( ) ( )

По температуре на выходе из обогреваемого участка, можно пронаблюдать процесс разогрева установки и выхода ее на стационарный режим.

Контур ЕЦ без кипения теплоносителя устойчив.

При режиме естественной циркуляции с кипением наблюдается иная картина.

При установлении квазистационарного состояния наблюдается колебательная неустойчивость циркуляции теплоносителя. Данный вид неустойчивости связан с развитием процесса испарения вследствие достижения температуры теплоносителя температуры насыщения при достаточно низком давлении в 0,1 МПа.

В ходе исследования были установлены причины и механизм колебательной неустойчивости:

Неустойчивый режим характеризуется наличием последовательных стадий или фаз процесса, которые периодически повторяются:

1) Инкубационная стадия:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Прогрев теплоносителя по всей высоте колонки до температуры насыщения.

В обогреваемой части подъемной трубы мелкие пузырьки объединяются в паровой пузырь, занимающий все её сечение.

2) Стадия объемного вскипания воды:

Сопровождается ускоренным движением снизу вверх переднего фронта паровой области.

3) Стадия выброса пароводяной струи под уровень воды расширительного сосуда (бака).

При больших разницах скоростей воды и пара происходит противоточное течение на подъемном участке - пар движется вверх, вода из расширительного сосуда (бака) -

вниз. Постепенное заполнение всей колонки по высоте сравнительно холодным (недогретым до значения температуры насыщения) теплоносителем из расширительного сосуда. Было установлено:

Устранение колебаний возможно при увеличении уровня тепловой мощности. Было замечено, что период между выбросами паровой струи уменьшался при увеличении мощности. Так же с увеличением мощности происходит увеличение паросодержания, при котором устанавливается стационарный режим без пульсаций.

Список литературы /References

1. Турченко М.В. Моделирование коэффициента гидравлического трения при неустановившемся течении жидкости с помощью искусственных нейронных сетей / М.В. Турченко, В.В. Андреев, А.В. Дунцев / Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева: Н.Новгород, 2016. № 3 (90).