Радиального равновесия

Конструкция реактора ВГР с шаровыми твэлами по принципу одноразового прохождения активной зоны без профилирования тепловыделения обогащением топлива должна обеспечить одинаковую глубину выгорания во всех выгружаемых твэлах. Это возможно только в том случае, когда относительная скорость прохождения твэлом активной' зоны будет обратно пропорциональна относительному радиальному распределению* тепловых нейтронов или (приближенно) тепловыделению. При этом интегральный поток в каждом твэле и выгорание топлива будут также одинаковы. В случае идеального профилирования радиального распределения тепловыделения (/Сг=1,0) скорость продвижения или время нахождения твэлов должны быть одинаковыми. Однако первые реакторы с шаровыми твэлами и бесканальной зоной (эксплуатируемый реактор AVR и строящийся THTR-300) не обладают конструкцией, удовлетворяющей принципу одноразового прохождения. Различное время пребывания твэлов в активной зоне с одним центральным каналом выгрузки и отсутствие профилирования тепловыделения по радиусу разным обогащением топлива в свежих твэлах приводят к тому, что глубина выгорания топлива в твэлах сильно различается [19].

Рис. 15.12. Кривые радиального распределения заряда внутри протона (а) и нейтрона (б), считая от центра частицы. Ординаты пропорциональны заряду тонкой сферической оболочки радиусом г. Площадь под всей кривой распределения для протона равна за» ряду протона. Площадь, соответствующая всей кривой распределения для нейтрона, равна нулю. Данные получены в опытах по рассеянию электронов высоких энергий.

Для реализации закон» (1.1) на выходе из завихрителя его лопатки должны иметь определенную зависимость геометрического угла закрутки от радиуса ч>= f(r). Эта зависимость может быть получена для любого радиального распределения осевых скоростей перед входом в завихритель.Наиболее простая зависи-

32, 33, 44, 63, 81] и др., выполненных при других способах начальной закрутки (тангенциальный, тангенциально-лопаточный ввод, аксиально-лопаточные завихрители, с иным диаметром центрального тела, вращающаяся секция на входе), показывает, что на основном участке закрученного потока качественный характер радиального распределения и продольной трансформации локальных параметров подчиняется вышеописанным закономерностям. Последнее позволяет сделать вывод о том, что воздействие центробежных массовых сил на структуру течения основного участка характеризуется определенной общностью для произвольных способов и законов начальной закрутки.

В предыдущем разделе было показано, что характер радиального распределения скоростей и давлений в произвольном сечении цилиндрического канала зависит от интенсивности закрутки потока в этом же сечении. Анализ обширных •экспериментальных данных по структуре потока на основном участке течения, полученных при различных способах начальной закрутки, позволил выявить однозначную связь структуры потока с интегральным параметром закрутки Ф», который, в свою очередь, однозначно связан с локальной характеристикой интенсивности закрутки tg
На основном участке канала характер радиального распределения составляющих интенсивности пульсаций автомоделей относительно числа Рей-

Наиболее существенное влияние вдув со стенки канала оказывает на периферийную область потока. Здесь по сравнению с непроницаемым каналом возрастают продольная и поперечная интенсивность пульсаций, величина еп увеличивается по всему сечению канала. Такой характер воздействия обусловлен увеличением радиальных скоростей в канале. В приосевой зоне канала для исследованных условий вдув практически не оказывает влияния на интенсивность пульсаций, которая так же как и в непроницаемом канале достигает 30...40%. При изменении геометрических характеристик завихрителя (<рн, п) характер радиального распределения е{, е?, еп изменяется незначительно.

Конический канал, установленный за цилиндрическим участком, является диафрагмой, которая способствует уменьшению продольных пульсаций скорости в приосевой области цилиндрического канала вследствие формирования приосевого вихря, движущегося со значительным ускорением (см. разд. 4.2).В связи с этим характер радиального распределения 6j на входе отличается от течения в недиафрагмированном канале (рис. 4.12,а). Это отличие возрастает при уменьшении dK и увеличении интенсивности закрутки потока на входе.

Результаты измерения температурного поля по длине трубы для одного из завихрителей_п6казаны на рис. 7.11. Из рисунка видно, что в начале трубы (х= 1) сохраняется ядро с постоянной температурой, в котором Т0 —. Твх, но при больших значениях температурное поле изменяется: за пределами пристенной области зависимость Т = f (r ) имеет линейный характер с возрастанием температуры по радиусу. Такой характер радиального распределения температуры обусловлен тем, что это распределе-

Распространенным способом улучшения однородности поля является циклирование [17, 47], основанное на гистере-зисных эффектах в материале. При циклировании поле увеличивают вначале до резонансного значения. При этом кривая радиального распределения поля в зазоре имеет максимум в центре зазора. Кратковременное (до нескольких минут) увеличение поля до значения, несколько превышающего резонансное, приводит к тому, что в центре кривой распределения образуется впадина. Выбор оптимальных значений прираще-

где Т3 - температура источника сравнения; k - отношение сигнала источника сравнения к исследуемому с учетом различной чувствительности ФЭУ при различных напряжениях на катоде. Для оценки радиального распределения температуры по сечению канала излучение фиксировалось на фотопленку лупой времени ЛВ-04 на отдельных спектральных участках (440, 521 и 600 нм), вырезанных из сплошного спектра интерференционными сплошными фильтрами (100 нм). Измерение распределения интенсивности по радиусу канала проводится методом фотометрирования в определенные моменты времени.

где первые два члена — сила давления, действующая на нижнюю и верхнюю грани, третий член — центробежная сила, четвертый — сила инерции, называемая радиальным ускорением. Поделив все члены уравнения на элементарную массу pdxdydr, получим так называемое уравнение радиального равновесия:

При расчете пространственного потока в ступени используют уравнения радиального равновесия, энергии, неразрывности, процесса и состояния.

Отличительной чертой внутреннего закрученного течения является значительный радиальный градиент статического давления (рис. 2.8,6), что связано с появлением вращательной составляющей скорости. При значительной закрутке потока существуют области положительного и отрицательного избыточного давления и отмечается существенный перепад давления между стенкой канала и его осью. На' большей части канала за исключением пристеночной области выполняется уравнение радиального равновесия

Профиль избыточного статического и полного давлений формируется таким образом, чтобы обеспечить необходимый начальный запас энергии при заданной длине канала. Поскольку распределение вращательных скоростей при 3&= const не изменяется, то из уравнения радиального равновесия следует, что в одном и том же сечении при изменении длины канала распределение радиального градиента статического давления по радиусу канала также остается неизменным. Следовательно, профили статического и полного давлений в каждом сечении при изменении длины канала будут эквидистантно смещаться в соответствии с изменением абсолютных величин давления (рис. 3.2).

Второе уравнение (5.1) представляет собой условие радиального равновесия для цилиндрического потока и дает только зависимость от радиуса во вращающемся слое (1.5).

нения расхода и радиального равновесия потока, придем к исходной системе уравнений:

Формула, аналогичная (4.7), получена в работе [99] интегрированием упрощенного уравнения радиального равновесия для средней трубки тока в РК.

Развитие научных исследований в области газодинамики проточной части в известной мере тормозилось переоценкой точности и общности тех опытных материалов, которые были получены заводами по лицензиям. В результате пренебрежения условиями радиального равновесия в расчетах ступеней большой веерности паровых турбин при входе потока в рабочие колеса возникали значительные углы атаки, а это, как выяснилось позднее, приводило к существенному снижению их к. п. д.— иногда на несколько процентов.

Рассмотрим осесимметричное течение в ступени осевой турбомашины на цилиндрических поверхностях тока. Поток будем изучать в осевых зазорах ступени, поэтому уравнения движения запишем в абсолютной системе координат. На входе в ступень все параметры потока вдоль радиуса будем считать неизменными. Рабочее тело будем полагать идеальной сжимаемой жидкостью. Тогда уравнение Эйлера [22] стационарного движения в проекции на радиальное направление- (уравнение радиального равновесия) примет вид

Для расчета потока в сечении 2 — 2 с принятыми выше допущениями о цилиндрическом характере течения можно пользоваться уравнением радиального равновесия (XI.1). Уравнение же энергии (XI.2) справедливо лишь при постоянной вдоль радиуса энтальпии торможения. Для выполнения этого условия в сечении 2 — 2 необходимо, чтобы при i* = I* = const удельная работа в ступени hu =

Анализ условий равновесия пространственного потока в межлопаточных каналах НА подтверждает высказанные соображения. Действительно, в месте максимальной изогнутости профиля, расположенной в решетках НА обычно ближе к входным кромкам, окружная составляющая лопаточной силы Fu, зависящая главным образом от величины czdcu/dz, оказывается максимальной. Максимальной становится и пропорциональная ей радиальная составляющая лопаточной силы. При этом окружная составляющая скорости си еще невелика, и, чтобы обеспечить условия радиального равновесия, при больших углах ТННЛ может потребоваться отрицательный радиальный градиент давления. Тогда в периферийной части НА скорости будут большими, чем у корня, что при да/дг = 0 приведет к отклонению меридиональных поверхностей тока в сторону больших радиусов. Отметим, что стеснение потока лопатками постоянной ширины вызывает дополнительный заброс линий тока к периферии НА в районе максимальной толщины профиля.