Расчет критических тепловых потоков

Кризис теплообмена при кипении (и соответствующий ему критический тепловой поток) характеризует процесс резкого ухудшения теплообмена при нарушении контакта между поверхностью твэлов и жидкостью. Кризисом I рода называют процесс слияния пузырьков пара с образованием сплошной паровой пленки у теплоотдающей поверхности твэла в отличие от кризиса II рода, имеющего место при больших паросодержаниях и вызываемого высыханием жидкой пленки в условиях дисперсно-кольцевого режима при граничном паросодержании (см. соотношение 20).

Кризис теплоотдачи в пучках твэлов ТВС отличается рядом особенностей по сравнению с кризисом в круглой трубе:

- наличие в ТВС как обогреваемых, так и необогреваемых поверхностей;

- неравномерность тепловыделения в твэлах по сечению ТВС;

- неравномерное распределение расхода и паросодержания по сечениюТВС;

- наличие перемешивания теплоносителя между ячейками ТВС через межтвэльные зазоры;

- наличие дистанционирующих решеток.

В связи с этим в инженерной практике используют эмпирические соотношения для оценки критических тепловых потоков и определения запаса до критической тепловой нагрузки .

Приведем ряд соотношений, рекомендуемых для расчета критических плотностей теплового потока (кризис I) в каналах, охлаждаемых водой и пароводяной смесью, с учетом допустимых диапазонов параметров.

Для кипящих и некипящих водоохлаждаемых реакторов в области как поверхностного, так и развитого объемного кипения (для случая равномерно обогреваемых пучков стержней) критический тепловой поток можно определить по формуле

. (32)

Формула (32) рекомендована для использования при МПа; кг/(м²с); относительной энтальпии от -0,2 до 0,25; диаметре твэлов мм; зазоре между каналами 1,7…4,6 мм, длине 0,4 м.

Для неравномерно обогреваемых по длине каналов и более широкого диапазона по давлению предложена другая формула:

, (33)

где - обобщенное массовое паросодержание; - тепловой диаметр пучка твэлов, м. Рекомендуемые диапазоны параметров: МПа; кг/(м²c), относительная энтальпия ограничена значением ; мм; длина пучка твэлов 0,4…7,0 м.

Для достаточно широкого диапазона значений относительной энтальпии можно предложить следующую формулу (она получена для расчета кризиса в ТВС реактора ВВЭР-1000 в условиях, максимально приближенных к реакторным при равномерном по длине тепловыделении):

, (34)

где ; . Рекомендуемый диапазон параметров: МПа; кг/(м²с); относительная энтальпия ; мм; относительный шаг твэлов 1,34…1,385; длина пучка твэлов 1,7…3,5 м.

Для учета влияния неравномерности тепловыделения по длине твэлов к формуле (34) добавляется коэффициент, называемый фактором формы ;

; , (35)

где ; - критический тепловой поток в сечении кризиса, МВт/м²; - так называемая длина релаксации.

Формула для получена при следующих параметрах МПа; кг/(м²с), относительной энтальпии в месте кризиса ; отнсительной энтальпии на выходе из пучка твэлов .