Интенсификаторы теплообмена

Опыты показывают, что после шестого ряда интенсивность теплообмена стабилизируется. Если число рядов в пучке больше десяти, то среднее значение коэффициента теплоотдачи в пучке не зависит от числа рядов и может быть определено умножением коэффициента теплоотдачи для одиночной трубы сс0д на поправочный множитель еш учитывающий интенсификацию теплообмена в пучке:

Расчет теплообмена и сопротивления по воздушной стороне. При конструировании теплообменников с воздушным охлаждением обычно предусматривают интенсификацию теплообмена по воздушной стороне. Одним из наиболее эффективных и технологических методов интенсификации теплообмена является оребрение труб. При инженерных расчетах теплообменников коэффициенты теплоотдачи и сопротивления определяются из критериальных уравнений типа [4.43J'

Работ, посвященных исследованию влияния вставок в трубках н« интенсификацию теплообмена, имеется много и результаты их весьма разнообразны.

У теплообменных аппаратов подобного типа относительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны газа, в связи с чем обычно применяют интенсификацию теплообмена за счет оребрения по-

Работу парогенерирующего канала можно существенно улучшить, приняв ряд мер, направленных на интенсификацию теплообмена в различных областях парогенерации {62\.

Числа Рейнольдса, отнесенные к диаметру трубы, варьировали от 3000 до 23900. Интенсификацию теплообмена при размещении в трубе слоя авторы объясняют турбулизирующим влиянием частиц на пограничный слой ждикости.

Проведение экспериментов. Для исследования были выбраны вращательные акустические колебания, так как в работах по исследованию неустойчивого горения было экспериментально установлено, что именно этот вид колебаний вызывает наибольшую интенсификацию теплообмена [12].

Расчет теплопередачи через щелевую полость, заполненную жидкостью или газом, ведут по Ъбычным формулам теплопроводности, вводя в расчет условный эффективный коэффициент теплопроводности прослойки. Этот эффективный коэффициент теплопроводности учитывает интенсификацию теплообмена, вызываемую свободной конвекцией, возникающей в полости под влиянием разности температур стенок. Примером такого рода полости является пространство между двойными переборками.

Интенсификацию теплообмена с ростом скорости течения двухфазного потока следует учитывать при значении комплекса

Конечно, темп загрязнения в других топках и при сжигании пыли других углей может заметно отличаться от зафиксированного в рассматриваемых опытах, однако порядок величин остается тем же. Соответствующее первым 8—10 ч работы снижение тепловой эффективности до —50% свидетельствует о том, что при сжигании пылевидного топлива обдувки экранов может дать существенную интенсификацию теплообмена.

Дальнейшую интенсификацию теплообмена и увеличение глубины охлаждения можно обеспечить, используя проникающее {пористое) охлаждение. В конструкции лопаток предусматривают пористую профильную оболочку с внутренним несущим стержнем (рис. 4.39 и 4.32, а). Охлаждающий воздух поступает в зазоры между несущей конструкцией и пористой оболочкой и выдувается через пористую стенку в пограничный слой, образующийся на наружной поверхности. Такое решение улучшает эффективность охлаждения, но связано с более высокими требованиями к чистоте охлаждающего воздуха. Повышенная шероховатость поверхности лопаток ухудшает ее аэродинамические характеристики.

В целях снижения гидравлического сопротивления, уменьшения количества конструкционного материала и упрощения технологии изготовления в [107] были созданы и исследованы дискретно располагаемые по высоте стержневой сборки локальные интенсификаторы теплообмена, состоящие из отрезков скрученных лент и выполняющие одновременно роль дистан-ционирующих элементов. Конструкция локального интенсификатора-за-вихрителя определяется в зависимости от количества стержней и способа их расположения в сборке. В любом случае интенсификатор состоит из отрезков скрученных лент, устанавливаемых в межстержневом пространстве и объединенных для жесткости общей обечайкой. На рис. 8.3 изображены интенсификаторы-завихрители для стержневых сборок.

Рис. 8.3. Интенсификаторы теплообмена для 3- (а), 7-сборок [в, б, в - тип I, г - тип II (модернизированный) ]

Полномасштабная модель стержневой сборки реактора РБМК представляла собой сборку, содержащую 18 электрообогреваемых стержней диаметром 13,5 мм и длиной 7 м и центральный необогреваемый стержень диаметром 15 мм. Интенсификаторы теплообмена (20 шт.) (рис. 8.3,в) располагались в верхней части зоны обогрева сборки с шагом 206 мм. Ниже располагались штатные дистанционирующие решетки ТВС реактора РБМК с шагом 350 мм.

Этот результат представлен на рис. 8.5, из которого видно, что при указанных режимных параметрах критическая мощность семистержне-вой сборки возросла примерно на 20%. Основные результата исследования [108], полученные на семи- и трехстержневых сборках, представлены на рис. 8.6 и 8-;7 соответственно в виде зависимости критической мощности сборки от температуры воды на входе при давлениях 7,4 и 9,8 МПа для массовых скоростей потока от 600 до 2000 кг/(м2-с). Как видно из рисунков, интенсификаторы теплообмена существенно увеличивают критическую мощность стержневой сборки. Анализ и результаты сравнения показывают, что прирост предельной мощности у сборок с интенсификаторами увеличивается с ростом массовой скорости потока и с уменьшением недогрева воды на входе в сборку. Это положение достаточно хорошо иллюстрируется рис. 8.8, из которого видно влияние массовой скорости потока и температуры воды на входе на прирост предельной мощности в трехстержневой модели ТВС с интенсификаторами, выраженный в процентах по отношению к критической мощности аналогичной сборки без интенсификаторов. При температуре воды на входе 250°С и массовой скорости потока 2000 кг/(м2-с) прирост критической мощности составляет более 50%.

Следует отметить, что применение интенсификаторов теплообмена, рассмотренных в данном параграфе, наряду с увеличением критической мощности стержневых сборок примерно на 40—45% повышает гидравлическое сопротивление их по сравнению с сопротивлением сборок без интенсификаторов. Это увеличение гидравлического сопротивления связано с возрастанием местных гидравлических сопротивлений и дополнительными потерями на вращение потока в межстержневом пространстве. Однако устанавливать локальные интенсификаторы, как показали эксперименты, достаточно лишь в зоне возможного возникновения кризиса теплообмена. Если учесть, что с увеличением критической мощности интенсификаторы теплообмена позволяют еще и снизить кратность циркуляции, то общее гидравлическое сопротивление циркуляционного контура реактора может остаться на приемлемом уровне.

Короткая модель ТВС реактора РБМК состояла из 18 обогреваемых трубок наружным диаметром 13,5 мм и толщиной 0,2 мм, расположенных с шагом 16 мм вокруг центрального необогреваемого стержня диаметром 15 мм. На обогреваемой длине сборки, которая была равна 1100 мм, устанавливались с определенным шагом локальные интенсификаторы теплообмена, выполненные в виде дистанционирующих решеток.

Рассмотрим результаты опытов, полученные для некоторых типов интенсификаторов теплообмена. Интенсификаторы теплообмена в виде отрезков скрученных лент, описание и результаты исследования которых приведены в § 8.3, были также изучены и на короткой сборке с шагом расположения по высоте сборки 206 мм. Сравнение полученных результатов на этой сборке и на полномасштабной модели показывает, что состояние теплоносителя на входе в канал в этом случае не оказывает существенного влияния на критические тепловые потоки (рис. 8.12). Это подтверждает высказанное ранее предположение о том, что эффективные интенсификаторы теплообмена сглаживают влияние на кризис теплообмена пароводяной смеси на входе в канал.

На стендах, выполненных из углеродистых или слаболегированных сталей, должны проверяться и рекомендоваться к применению различные интенсификаторы теплообмена. Необходимо учитывать, что они являются также интенсификаторами пароводяной коррозии и способствуют разрушению окисной пленки.

в. Интенсификаторы теплообмена

Топливная загрузка реактора по условиям обеспечения необходимых поверхностей теплообмена для надежного теплоотвода выделяемой тепловой энергии размещается в большом количестве твэлов. Например, в реакторах ВВЭР-440 топливная загрузка размещена в 44000 твэлов, а ВВЭР-1000 —в 48000 твэлов, в РБМК 1000 — в 61000 твэлов. Все твэлы объединены в тепловыделяющие сборки (ТВС). В одну ТВС могут входить от нескольких штук до нескольких сотен твэлов (рис. 4.2). В сборках твэлы строго дистанционируются, при этом обеспечиваются высокая точность их взаиморасположения в заданной топливной решетке и компенсация температурных расширений. ТВС могут включать в себя конструкционные элементы поглотителей или замедлителей нейтронов, интенсификаторы теплообмена, датчики температуры и напряжений и другие контрольно-измерительные устройства. Сборки содержат входные и выходные коллекторы и тракты распределения потока теплоносителя, установочные дета-

Топливная загрузка реактора по условиям обеспечения необходимых поверхностей теплообмена для надежного теплоотвода выделяемой тепловой энергии размещается в большом количестве твэлов. Например, в реакторах ВВЭР-440 топливная загрузка размещена в 44000 твэлов, а ВВЭР-1000 —в 48000 твэлов, в РБМК-1000 — в 61000 твэлов. Все твэлы объединены в тепловыделяющие сборки (ТВС). В одну ТВС могут входить от нескольких штук до нескольких сотен твэлов (рис. 4.2). В сборках твэлы строго дистанционируются, при этом обеспечиваются высокая точность их взаиморасположения в заданной топливной решетке и компенсация температурных расширений. ТВС могут включать в себя конструкционные элементы поглотителей или замедлителей нейтронов, интенсификаторы теплообмена, датчики температуры и напряжений и другие контрольно-измерительные устройства. Сборки содержат входные и выходные коллекторы и тракты распределения потока теплоносителя, установочные дета-