Анализ процессов перемешивания кипящего теплоносителя в

УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
И.Д. РЯБОВ, В.С. ХАРИТОНОВ, А.Н. ЧУРКИН1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск
АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ КИПЯЩЕГО
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ТВС РЕАКТОРОВ ВВЭР
В работе приводится некоторые результаты обзора экспериментальных работ
направленных на исследования перемешивания кипящего теплоносителя в тепловыделяющих сборках (ТВС) реакторов типа ВВЭР.
В современных проектах энергетических реакторов с водой под давлением из-за высокой тепловой мощности активной зоны возможно кипение
теплоносителя на выходе из наиболее теплонапряженных ТВС. Кипение
теплоносителя также возможно при нарушениях нормальной эксплуатации и авариях. Наиболее эффективной методикой расчетного анализа
охлаждения твэлов при течении двухфазного теплоносителя является поканальная методика. Однако в этой методике наименее изученным вопросом является вопрос межканального обмена массой, импульсом и энергией. В литературе отмечается, что межканальный обмен в ТВС, разделяется
на три основные категории [1]:
1 – вынужденное поперечное течение (diversion cross-flow): направленное течение, возникающее в неравновесном потоке из-за поперечного
перепада давления между каналами;
2 – дрейф пара (void drift): поперечный поток, возникающий в неравновесном потоке независимо от наличия перепада давления между каналами;
3 – турбулентное перемешивание (turbulent mixing): межканальный
обмен, связанный с турбулентностью потока.
Различные экспериментальные исследования показывают сложный характер зависимости интенсивности межканального обмена в ТВС от значения паросодержания в смежных каналах. В частности, используемый в
программах с поканальной методикой расчета, коэффициент перемешивания (число Стантона для перемешивания) сильно меняется при появлении паровой фазы. Данный эффект наблюдался, например, в экспериментах [2]. Авторы эксперимента показали, что для лучшего совпадения экспериментальных данных и данных, полученных по расчетной программе
COBRA, коэффициент перемешивания, который в той версии программы
задавался пользователем и не менялся в ходе расчета, должен быть равным 0,005 при течении однофазного теплоносителя и 0,04 при течении
54
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
wl' , кг/(м с)
двухфазного теплоносителя. В экспериментах [3] также показано, что линейная плотность потока теплоносителя между каналами изменяется при
изменении паросодержания (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость линейной плотности потока теплоносителя wl' между
каналами от паросодержания x [3]
Эффект дрейфа пара также наблюдался в экспериментах [2]. Пар стремился из затесненных угловых ячеек в более открытые высокоскоростные
области пучка. Расчеты по программе COBRA и HAMBO, которые не
учитывали данный эффект, показали завышение относительной энтальпии
теплоносителя в угловой ячейке по сравнению с экспериментальными
значениями на величину от 10 % до 80 % при низких и высоких паросодержаниях, соответственно.
Также в [2] было отмечено, что энтальпия поперечного потока при вынужденном поперечном течении теплоносителя (неизокинетические условия) выше средней энтальпии ячейки-донора.
Список литературы
1. Sadatomy M., Kawahara A., Sato Y. Flow redistribution due to void drift in two-phase flow
in a multiple channel consisting of two subchannels // Nuclear Engineering and Design. 1994.
V.148. P. 463 – 474.
2. Lahey R.T., Jr., Shiralkar B.S., Radcliffe D.W. Mass flux and enthalpy distribution in a rod
bundle for single- and two-phase flow conditions // Journal of Heat Transfer. 1971. V.93. P. 197 –
209.
3. Rudzinski K.F., Singh K., St. Pierre C.C. Turbulent mixing for air-water flows in simulated
rod bundle geometries // Can. J. Chem. Engrg. 1972. V.50. P. 297 – 299.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1
55
УДК 621.311.25(06) Физико-технические проблемы ядерной энергетики
56
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1