Исследования теплообмена и гидравлического сопротивления в шаровых засыпках реакторов

Внедрение: 2018 г.

В диссертационной работе [1] по проблематике современной ядерной энергетики для обоснования работы реакторных установок с шаровыми микротвэлами были проведены экспериментальные и численные исследования гидродинамики и теплообмена на модели шаровых засыпок при объемном тепловыделении. В данных экспериментальных исследованиях модуль LTR27 с субмодулями H‑27T были применены для температурных измерений.

В диссертации отмечается, что решение теплогидравлической задачи при течении в микротвэльной засыпке с неоднородным по длине сечением и объемным выделением энергии, исследование влияния раздаточного и сборного коллекторов на гидродинамику и теплообмен не является тривиальной задачей. Поэтому на этапе поиска наилучших конструктивных решений целесообразно использовать численное моделирование. Вместе с тем, используемые для численного моделирования методы и получаемые результаты, требуют верификации на экспериментальных данных. Для этого представляется разумным использовать небольшие модельные стенды, позволяющие проводить эксперименты в широком диапазоне режимных параметров.

Для проведения экспериментальных исследований гидродинамики и теплообмена в шаровой засыпке был разработан, изготовлен и смонтирован теплогидравлический стенд с системой индукционного нагрева (здесь воспроизводится только его фрагмент, для полной информации следует обратиться к источнику [1]).

Для определения коэффициента теплоотдачи использован измерительный элемент из двух термопар, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1. Чертеж измерительного элемента для определения коэффициента теплоотдачи (слева); фотография измерительного элемента для определения коэффициента теплоотдачи (справа).

Рабочий участок (рисунок 2) моделирует тепловыделяющую сборку с микротвэлами. Шаровая засыпка (3) размещается между внутренним (2) и внешним (4) перфорированными чехлами. Теплоноситель подается в раздаточный коллектор (1), омывает шаровую засыпку и попадает в сборный коллектор (5). Сборный коллектор образован внешним перфорированным чехлом и трубкой (6), которая герметизирует рабочий участок. Для измерения потерь давления в рабочем участке были установлены отборы давления (p1) на входе раздаточного коллектора и (p2) на выходе сборного коллектора. Моделирование внутреннего тепловыделения в шаровой засыпке обеспечивается высокочастотным индукционным нагревом с помощью индуктора (7), который подключается к установке индукционного нагрева. T1‑T12 – термопары.

Рисунок 2. Схема рабочего участка – модели тепловыделяющей сборки с микротвэлами.

Индукционный нагрев для моделирования внутреннего тепловыделения в шаровой засыпке проводится для выявления неравномерности температурного поля. Первичные экспериментальные данные получены в виде зависимостей ЭДС термопар от времени с применением ПО Lgraph2. Пример такой зависимости для одного эксперимента приведен на рисунке 3.

Рисунок 3. Зависимость ЭДС термопар от времени.

Результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при разработке расчетных соотношений для гидравлического сопротивления и коэффициентов теплоотдачи коллекторных систем с шаровыми засыпками. Результаты численного исследования могут быть использованы при проектировании тепловыделяющих сборок с микротвэлами для реакторных установок.

Источник:
Сморчкова Ю.В. Исследование теплогидравлических характеристик шаровых засыпок при радиальном течении теплоносителя в условиях объёмного тепловыделения: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Москва. – 2018. – 155 с.

Разработчик: Сморчкова Ю.В. (ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»)