авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Теплообмен и гидродинамика тяжелых жидкометаллических теплоносителей в ядерных и термоядерных реакторах

-- [ Страница 2 ] --

Во всех замерах временной зависимости температур по сечению ЭУ обнаружено, что наложение магнитного поля на поток эвтектики свинец–висмут приводит к уменьшению пульсаций измеренной величины температуры в потоке жидкого металла относительно среднего значения. Уменьшение амплитуды температурных пульсаций и коэффициентов теплоотдачи может быть объяснено уменьшением турбулентных пульсаций в потоке теплоносителя с наложением поперечного магнитного поля и как следствие уменьшению доли конвективного теплопереноса.

В третьей главе представлены результаты проведённых автором исследований, целью которых являлось определение МГД–сопротивления при течении эвтектики свинец–висмут в круглой, вертикально ориентированной трубе в поперечном магнитном поле при контроле и регулировании содержания кислорода в теплоносителе.

Исследования МГД–сопротивления проводились на экспериментальном стенде ФТ1–ТОМГД, в состав которого входил экспериментальный участок, схема которого представлена на рисунке 1. Измерение давления в локальных точках экспериментального участка осуществлялось через отборы О2 и О3 располагавшиеся на расстоянии 70 мм от нижнего и верхнего краев электромагнита соответственно.

В процессе проведения экспериментальных исследований определялась величина коэффициента полного гидравлического сопротивления при варьируемых параметрах: скорости теплоносителя, магнитной индукции поперечного магнитного поля и ТДАК в эвтектике.

На рисунках 6–8 представлены экспериментально полученные зависимости отношения коэффициента полного гидравлического сопротивления при течении в поперечном магнитном поле к коэффициенту гидравлического сопротивления при течении в отсутствии магнитного поля от критериального комплекса Ha2/Re (число Стюарта N) /0=f(Ha2/Re), полученные для различного содержания примеси кислорода в теплоносителе.

Наибольшая степень влияния поперечного магнитного поля и наибольший относительный рост коэффициента полного гидравлического сопротивления отмечены в режиме с ТДА кислорода в эвтектике a=10-5…10-4. Полученные в данном режиме экспериментальные данные могут быть описаны зависимостью:

(4)

Рисунок 6 Зависимость /0=f(Ha2/Re), а=10-4

Рисунок 7 Зависимость /0=f(Ha2/Re), а=10-1

При термодинамической активности кислорода в теплоносителе в диапазоне a=10-3…10-2 данные о коэффициенте полного гидравлического сопротивления обобщаются зависимостью вида:

(5)

Наименьший рост с увеличением величины магнитной индукции поперечного магнитного поля обнаружен в режиме с ТДАК a=10-1…100. Полученные экспериментальные данные по описываются зависимостью:

(6)



Обобщающая зависимость коэффициента может быть представлена в виде:

(7)

где n – модуль показателя величины термодинамической активности кислорода в эвтектике.

В четвёртой главе диссертации приведены результаты исследования проведённого автором лично, целью которого являлось экспериментальное определение профилей скоростей в высокотемпературном потоке эвтектики свинец–висмут при течении в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле при варьируемом содержании примеси кислорода в теплоносителе.

Экспериментальный циркуляционный стенд со свинец–висмутовым теплоносителем ФТ–1 ПС предназначен для исследования профилей скорости в высокотемпературном потоке эвтектики при течении ЖМ в поперечном магнитном поле. Стенд ФТ–1 ПС является модификацией стенда ФТ–1 ТОМГД и включает в себя все его элементы и системы за исключением экспериментального участка. В состав экспериментального стенда ФТ–1 ПС входит экспериментальный участок с устройством измерения осевой составляющей локальной скорости в потоке (датчик скорости).

Экспериментальный участок выполнен из трубы (материал трубы – аустенитная сталь 08Х18Н10Т) внутренним диаметром dвн=26 мм, и толщиной стенки =3 мм. Участок гидродинамической стабилизации от начала прямого участка экспериментальной сборки до датчика скорости составлял L=20·dвн. Экспериментальная сборка ориентирована вертикально в воздушном зазоре электромагнита. Теплоноситель (эвтектика свинец–висмут) в ЭУ течет снизу вверх. Протяженность экспериментального участка в зазоре электромагнита составляет 640 мм.

В состав экспериментального участка входит устройство для измерения осевой составляющей локальной скорости (датчик скорости). Схема датчика скорости представлена на рисунке 8.

Датчик позволяет измерять потенциальный Hпот и полный Нпол напор потока тяжёлого жидкого металла. По разности полного и потенциального напоров вычислялось значение локальной скорости потока эвтектики. Измерение полного напора осуществлялось с помощью капиллярной трубки 1 (внутренний диаметр трубки dвн=1 мм, толщина стенки =0,25 мм). Свободный конец трубки был направлен на встречу потоку эвтектики свинец–висмут, другой конец капиллярной трубки заделан в обтекатель зонда 2. Измерение потенциального напора осуществлялось через отверстие 3 в стенке экспериментального участка. Свободный конец капиллярной трубки и отверстие для измерения потенциального напора в стенке находились в одном сечении трубы.

Рисунок 8 Схема датчика скорости

1 – Капиллярная трубка; 2 – зонд; 3 – отверстие измерения потенциального напора; 4 – дистанционирующая пластина; 5 – трубка соединительная; 6 – шпильки дистанционирующие; 7 – штанги опорные; 8 – труба экспериментального участка; 9 – гайки перемещающие; 10 – сильфон

Полученные профили скорости по сечению экспериментального участка обрабатывались и представлялись в виде графических зависимостей в безразмерных координатах U=f(r/r0), где U=V/Va – безразмерная скорость, V – скорость теплоносителя на текущем радиусе, Va – скорость теплоносителя в центре потока (на оси ЭУ), r – текущий радиус трубы, r=13 мм – внутренний радиус экспериментального участка. На рисунках 9–12 представлены профили скорости, измеренные при различных содержании примеси кислорода, значениях критерия Рейнольдса и критерия Гартмана (величине магнитной индукции).

Рисунок 9 Профиль скорости U=f(r/r0), a10-4

Рисунок 10 Профиль скорости U=f(r/r0), a10-1

Проведённые исследования показали существенную зависимость профиля скоростей в потоке эвтектики свинец–висмут при течении в поперечном магнитном поле в канале круглого сечения от величины магнитной индукции поля, содержания примеси кислорода в теплоносителе, наличия оксидных покрытий и слоя отложения примесей на поверхностях каналов ограничивающих поток жидкого металла

В пятой главе диссертации отражены результаты проведённых автором совместных экспериментальных исследований характеристик теплообмена и МГД–сопротивления при течении эвтектики свинец–висмут в поперечном магнитном поле в круглой трубе, целью которых являлось определение оптимального (компромиссного) диапазона содержания примеси кислорода в эвтектике, при котором происходит наиболее эффективное снижение МГД–сопротивление при минимально возможном ухудшении теплообмена.

Содержание примеси кислорода в тяжёлых жидкометаллических теплоносителях и характеристики ЭИП являются ключевыми параметрами, влияющими на процесс теплообмена, гидродинамику и коррозионную стойкость материалов в контурах теплоотвода с ТЖМТ, работающих во внешнем магнитном поле. Снижение электропроводимости стенок каналов за счёт формирования на их поверхности оксидных электроизолирующих покрытий, путём ввода в контур кислорода, приводит к снижению влияния магнитного поля на поток и уменьшению МГД–сопротивления. Помимо оксидных плёнок в процессе эксплуатации контура на поверхностях контура может образовываться слой отложений нерастворённых частиц примесей, также существенно снижающих электропроводимость пристенной области. Оксидные плёнки и слой отложений примесей наряду с уменьшением электропроводимости стенок канала значительно увеличивают термическое сопротивление пристенной области, что приводит к ухудшению теплообмена.

В процессе проведения одновременных экспериментальных исследований характеристик теплообмена и МГД–сопротивления при течении эвтектики свинец–висмут в круглой, вертикально ориентированной трубе в поперечном магнитном поле, автором, обнаружено значительное влияние на указанные величины магнитной индукции поперечного поля, содержания примеси кислорода в эвтектике и расхода (режима течения) теплоносителя через канал.

На основе полученных экспериментальных данных, автором был проведён расчёт эффективности теплоотдачи и снижения МГД–сопротивления при течении эвтектики в поперечном магнитном поле в диапазоне ТДАК a=10-5…100 при трёх различных значениях расхода теплоносителя и величины магнитной индукции.

Изменение эффективности теплоотдачи рассчитывалось как отношение критерия Нуссельта при текущей термодинамической активности кислорода к критерию Нуссельта при ТДАК a=10-5 (соответствует случаю наилучшего теплообмена) по формуле E=Nui/Nu5. Критерии Нуссельта для различных значений ТДАК в эвтектике рассчитывались по критериальным формулам определённых автором при экспериментальном исследовании характеристик теплообмена.

Эффективность снижения МГД–сопротивления с увеличением содержания примеси кислорода в эвтектике рассчитывалось по соотношению E=0/i, где 0 – коэффициент полного гидравлического сопротивления при течении эвтектики в поперечном магнитном поле в режиме с a=100 (режим с наибольшим снижением МГД–сопротивления), i – коэффициент полного гидравлического сопротивления при течении в поперечном магнитном поле при текущем значении ТДАК. На рисунке 13 передставлены результаты расчёта параметров эффективности Е и E.

На основе полученных экспериментальных данных и проведённых расчётов делается вывод о том, что оптимальным содежанием примеси кислорода в эвтектике свинец–висмут при течении в поперечном магнитном поле в канале круглогно сечения с точки зрения наиболее эффективного снижения МГД–сопротивления при минимально возможном ухудшении теплообмена и обеспечении нормальной эксплуатации контура, является количество кислорода, при котором величина термодинамической активности составляет a=10-2. Эту величину можно рекомендовать как среднюю эксплуатационную норму для теплоносителя свинец–висмут контуров охлаждения бланкета токамака с этим теплоносителем.

а) б)
в)

Рисунок 13 Зависимость эффективности теплоотдачи и снижения МГД–сопротивления от содержания примеси кислорода а) Pe=1000, Re=0,75·105; б) Pe=2500, Re=1,88·105; в) Pe=4000, Re=3,0·105

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

1) Предложена и отработана методика проведения одновременного экспериментального исследования характеристик теплообмена и МГД–сопротивления при течении ТЖМТ в поперечном магнитном поле при целенаправленном варьировании содержания примеси кислорода.

2) Предложены и отработаны методика и созданы средства проведения экспериментального исследования профиля скоростей (осевой составляющей) в высокотемпературном потоке ТЖМТ в поперечном магнитном поле.





3) Определены и представлены зависимости характеристик теплообмена при течении эвтектики свинец–висмут в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле в виде Nu=f(Pe, Ha) полученные при температуре эвтектики свинец–висмут 480…520 °С, термодинамической активности кислорода в теплоносителе 10-5…100 (включая режим с насыщением кислородом теплоносителя и образованием отложений оксидов теплоносителя), чисел Пекле 320…4600 и чисел Гартмана 0…500.

4) Определены и представлены зависимости коэффициента полного гидравлического сопротивления при течении эвтектики свинец–висмут в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле в виде /0=f(Ha2/Re) полученные при температуре эвтектики 480…520 °С, термодинамической активности кислорода в теплоносителе 10-5…100 (включая режим с насыщением кислородом теплоносителя и образованием отложений оксидов теплоносителя), числах Рейнольдса (0,2…3,5)·105 и числах Гартмана 0…500.

5) Определены и представлены профили скоростей в потоке эвтектике свинец–висмут в канале круглого сечения в поперечном магнитном поле при температуре эвтектики свинец-висмут 400…420 °С, термодинамической активности кислорода в теплоносителе а=10-4…100, средне-расходной скорости теплоносителя в экспериментальном участке w=1,0…1,7 м/с; числах Рейнольдса (1,6…2,7)·105 и числе Гартмана 0…365.

6) Экспериментально показано, что степень влияния поперечного магнитного поля на теплогидравлические характеристики потока ТЖМТ определяется содержанием примеси кислорода в теплоносителе и, как следствие, состоянием поверхности ограничивающего поток жидкого металла (характеристиками ЭИП и слоя отложений примесей).

7) Экспериментально определён и представлен оптимальный диапазон содержания примеси кислорода, при котором достигается максимальное снижение МГД–сопротивления при относительно небольшом ухудшении теплообмена. Получены и рекомендованы для проведения соответствующих инженерных расчётов критериальные зависимости характеристик теплообмена и коэффициента полного гидравлического сопротивления соответствующие оптимальному диапазону содержания примеси кислорода.

Основные положения диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Экспериментальные исследования теплопереноса к свинец–висмутовому теплоносителю в поперечном магнитном поле при изменяемых характеристиках электроизолирующих покрытий на ограничивающих стенках / А.В. Безносов, С.Ю. Савинов, А.А. Молодцов [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. – М., 2007. – вып. 1. – С. 25–32.

2. Безносов, А.В. Экспериментальные исследования процессов теплообмена и профилей температур потока тяжёлого жидкометаллического теплоносителя / А.В. Безносов, О.О. Новожилова, С.Ю. Савинов // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. – Обнинск, 2008. – № 3. – С. 80–90.

3. Экспериментальное исследование поля скоростей в потоке свинец–висмутового теплоносителя в поперечном магнитном поле при варьируемом содержании в нём кислорода / А.В. Безносов, С.Ю. Савинов, О.О. Новожилова, М.А. Антоненков // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез – М., 2008. – вып. 4. – С. 56–61.

4. Экспериментальное исследование полей температур и скоростей в высокотемпературном потоке ТЖМТ / А.В. Безносов, С.Ю. Савинов, О.О. Новожилова, М.А. Антоненков // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика ядерных реакторов – М., 2010. – вып. 3. – С. 34-39.

5. Исследование теплоотдачи от свинцового теплоносителя к продольно обтекаемой трубе / А.В. Безносов, А.А. Молодцов, С.Ю. Савинов [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. – Новосибирск: Ин-т теплофиз. СО РАН, 2007. – Т. 14, №3 – С. 429–436.

6. Экспериментальные исследования характеристик теплообмена к свинец–висмутовому теплоносителю и МГД–сопротивления потока в поперечном магнитном поле / А.В. Безносов, С.Ю. Савинов, А.А. Молодцов, О.О. Новожилова // Тепломассоперенос и свойства жидких металлов: Сб. тез. докл. межведомственного семинара “Теплофизика–2007” ; ГНЦ РФ – ФЭИ. – Обнинск, 2007. – С. 71–73.

7. Совмещённые характеристики МГД–сопротивления и теплообмена при формировании электроизолирующих покрытий на теплопередающих поверхностях в потоке ТЖМТ в поперечном магнитном поле / С.Ю. Савинов, А.В. Безносов, О.О. Новожилова, М.А. Антоненков // Тяжёлые жидкометаллические теплоносители в ядерных технологиях (ТЖМТ–2008): Сб. Тез. докл. третьей межотраслевой научно-практической конференции ; ГНЦ РФ – ФЭИ. – Обнинск, 2008. – С. 48–51.

8. 41. Savinov, S. Yu. Combined characteristics of MHD resistance and heat exchange in a HLMC flow in a transverse magnetic field / S. Yu. Savinov, A.V. Besnosov, O.O. Novozhilova // 17th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE17) ; ASME. – Brussels, Belgium, July 12-16, 2009. – Paper № 75186. – 5 p. – ISBN 978-0-7918-3852-5 (Order No. I819CD).

9. Пат. 68702 Российская Федерация, МПК7 G 01 P 5/02. Устройство для измерения локальной скорости жидкого металла / А.В. Безносов, О.О. Кудрин, С.Ю. Савинов [и др.]; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет. – № 2007122432/22 ; заявл. 14.06.2007 ; опубл. 27.11.2007, Бюл. № 33 – 2 с. : ил.



Pages:     | 1 ||
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.