Неравномерности тепловыделения

Расчет равнопрочных быстроизнашивающихся дисков сложен, так как в ряде случаев приходится учитывать тепловые Напряжения, возникающие от неравномерности температурного поля диска. Во многих случаях картина осложняется явлением Теплов'ого удара, вызываемого на некоторых режимах работы неустановившимися потоками тепла от периферии к центру или наоборот.

Уменьшение тепловых напряжений. Способы снижения тепловых напряжений, вызываемых торможением формы, заключаются прежде всего в устранении первопричины — неравномерности температурного поля по сечению детали. Иногда этого удается достичь рациональным охлаждением детали. Так, для роторов турбин целесообразно Вводить охлаждение их периферийной части. Охлаждение центральной части ротора нерационально, так как понижение температуры может вызвать на рабочих режимах увеличение растягивающих напряжений в ступице.

Формула (10.41) получена в предположении равенства коэффициента неравномерности температурного поля шара единице (г)«=1), что имеет место в нашем случае, поскольку радиус шара мал, коэффициент теплоотдачи при пленочном кипении невелик, а теплопроводность меди значительна, а следовательно, и критерий В1 = агД<0,1.

где гз=0г/ди — коэффициент неравномерности температурного поля, который при регулярном режиме охлаждения не зависит от времени. Интегрируя (11.12), получим выражение

Зная распределение температуры по длине образца, можно найти среднеинтегральную температуру образца Гобр и разность температур Тн — Тобр, входящую в формулу (1.7). Кроме того, распределение температуры по длине образца представляет самостоятельный интерес, так как позволяет оценить погрешности в определении характеристик прочности, вызываемые неравномерной деформацией отдельных участков рабочей части образца вследствие неравномерного распределения температуры. Установленное в результате расчета температурное поле по длине образца позволяет также судить о влиянии некоторых конструктивных и эксплуатационных параметров на степень неравномерности температурного поля и принять на стадии проектирования необходимые конструктивные меры, сводящие неравномерность температуры к минимуму.

Для выравнивания температурного поля в условиях такого нагрева может быть использовано увеличение рабочей длины образцов, а также установка специальных вставок и накладок [191], применение неохлаждаемых или подогреваемых захватов [157]. Часто для уменьшения неравномерности температурного поля и стабилизации теплового режима среды при нагреве пропусканием тока используются также неохлаждаемые токоподводящие шины, теплоизолирующие кожуха около образца и тепловой экран от

В экономии ТЭР небольшую эффективность дает использование вторичных энергоресурсов. Для поддержания паспортных к.п.д. и мощности агрегатов внедряют следующие мероприятия: очистку проточной части и предупреждение загрязнений ОК; замену проточной части нагнетателя 370-18-1 для приведения его характеристик в соответствие с характеристиками сети газопроводов высокого давления; уменьшение сопротивления всасывающих трактов ГТУ; восстановление эрозионного износа колес нагнетателей; наплавку утонений рабочих лопаток проточной части ТВД и ТНД; уменьшение неравномерности температурного поля на ГТУ; выявление и устранение непроизводительных потерь газа на КС. Ведут

По-видимому, и при лазерной обработке существенную роль в формировании остаточных напряжений с таким распределением играют термопластические деформации, возникающие вследствие неравномерности температурного поля в ЗТВ и больших скоростей охлаждения материала.

На рис. 3, а показаны режимы нагрева образцов при I = 15 мм, г = 0,2 мм (кривая 1) и охлаждения (кривая 5). В случае увеличения I при одинаг о шх граничных условиях теплообмена возрастает степень неравномерности температурного состояния и, следовательно, величина термических напряжений. Режим нагрева в этом случае можно представить кривой 2, при увеличении радиуса закругления от 0,2 до 0,6 мм — кривой 3, а при уменьшении температуры газа от 1773 до 1623 К — кривой 4. Кривые охлаждения будут начинаться с момента времени прекращения нагрева. Пунктиром показано изменение термонапряженного состояния в случае продолжения нагрева до равномерного прогрева.

Расчет равнопрочных быстроизнашивающихся дисков сложен, так как в ряде случаев приходится учитывать тепловые Напряжения, возникающие от неравномерности температурного поля диска. Во многих случаях картина осложняется явлением теплового удара, вызываемого на некоторых режимах работы неустановившимися потоками тепла от периферии к центру или наоборот.

Уменьшение тепловых напряжений. Способы снижения тепловых напряжений, вызываемых торможением формы, заключаются прежде всего в устранении первопричины — неравномерности температурного поля по сечению детали. Иногда Этого удается достичь рациональным охлаждением детали. Так, для роторов турбин целесообразно вводить охлаждение их периферийной части. Охлаждение центральной части ротора нерационально, так как понижение температуры может вызвать на рабочих режимах увеличение растягивающих напряжений в ступице.

На рис. 1.2 приведены типичные кривые неравномерности тепловыделения по высоте реактора для неподвижной и перемещающейся активной зоны, а также распределение относительной температуры газа [6].

В реакторе с многократным прохождением шаровых твэло» через активную зону ход кривой высотной неравномерности тепловыделения качественно будет таким же, как и в случае неподвижных твэлов, поскольку разница в выгорании загружаемых и выгружаемых твэлов невелика.

При одноразовом прохождении активной зоны количество» делящихся тяжелых ядер должно поддерживаться в равновесном режиме постоянным. При увеличении обогащения подпиточного свежего топлива до 8—10% уменьшается количество-ядер 238U или 232Th в активной зоне, что приводит к меньшему количеству делящихся ядер во всем объеме активной зоны-Это вызывает сокращение кампании твэлов и увеличение темпа их замены. При увеличении скорости продвижения уменьшается* количество воспроизведенных новых делящихся ядер, т. е. уменьшается коэффициент воспроизводства, и неравномерность тепловыделения по высоте активной зоны увеличивается. При росте неравномерности тепловыделения падает средняя объемная теплонапряженность активной зоны.

ления. Так, при среднем нагреве газа ~500°С и средней температуре 800° С на выходе из реактора при коэффициенте неравномерности тепловыделения в центре активной зоны ~2 на выходе из зоны можно получить максимальную температуру газа ~ 1300° С, что вызовет недопустимый перегрев твэлов в этой зоне. В больших активных зонах (У^ЮО м3) реакторов ВГР возникает существенная неравномерность тепловыделения по радиусу активной зоны. Если обогащение в свежих твэлах, загружаемых в верхнюю часть активной зоны по всему сечению, и скорость их продвижения одинаковы, то коэффициент неравномерности тепловыделения по радиусу равен ~2.

В табл. 1.3 приведены некоторые характеристики реактора с профилированием и без профилирования радиальной неравномерности тепловыделения [6]. При выполнении двух зон с разным обогащением (2,5% в центральной области и 3% в периферийной) минимальный коэффициент /0=1,14 получается при соотношении радиусов внутренней и внешней зон Яц//?а.з=0,725. При большей разнице в обогащении (2,5% в центральной и 3,5% в периферийной) оптимальное соотношение размеров зон

начальным обогащением, но с разной скоростью продвижения по высоте, причем если скорость в периферийной области сделать больше, чем в центральной, то за счет разной глубины выгорания в этих зонах будет происходить выравнивание тепловыделения по радиусу. Расчет неравномерности тепловыделения по радиусу для активной зоны (У=300 м2; Я/?>~0,5) с начальным обогащением урана 2,5% показал, что при скорости ^движения в центральной sofee на 20% меньше, чем в периферийной, максимальный коэффициент неравномерности по радиусу снизился с 1,8 до 1,22. В этом случае также имеется оптимальное соотношение размеров зон, при котором достигается минимальная радиальная неравномерность. Для данного случая RjJRa.a = = 0,55. Результаты расчета по распределению тепловыделения по радиусу, пронормированного к среднему значению, равному 1, показаны на рис. 1.5. При таком способе выравнивания

По-видимому, можно создать такую схему движения топлива в активной зоне, при которой выгружаемые из периферийной области недовыгоревшие твэлы после соответствующей проверки на целостность и герметичность направляются вторично в центральную зону. Подбором скоростей движения и размеров зон можно добиться и в этом случае минимальной радиальной неравномерности тепловыделения.

Рис. 120. Изменение неравномерности тепловыделения т] по высоте хг топки: / — АШ, Т, сушенка бурого угля; 2 — бурый уголь; 3 — газ, мазут; 4 •» угольная пыль, топки с ЖШУ; 5 •» камеры охлаждения двухкамерных топок

Рис. 120. Изменение неравномерности тепловыделения т) по высоте кг топки:

Систематические исследования влияния неравномерности тепловыделения по периметру трубы выполнены авторами работ [83,143]. Опыты проводились с трубами из нержавеющей стали при косину-соидальном распределении теплового потока по периметру. Результаты, полученные при неравномерном тепловыделении, сопоставлены с данными для равномерного тепловыделения. В последнем .случае опыты проводились с трубами из стали IX18H9T и из никеля. Влияния материала стенки трубы на qKpi не обнаружено.

vKpi и 9кр1 практически совпадают с <7кр1 для круглых труб с равномерным тепловыделением. Кривые зависимостей q№K^=f(x) и СРГ= =f(x) с ростом степени неравномерности тепловыделения становятся более пологими.