Одним из основных явлений, ограничивающих мощность реакторных установок (РУ), является кризис теплоотдачи, характеризующийся изменением механизма отвода тепла, снижением коэффициентов теплоотдачи и значительным повышением температуры поверхности твэл. Надежный теплосъем и безаварийная работа РУ во многом определяются знанием этого явления.
В широкой области режимных параметров кризис теплоотдачи возникает в области дисперсно-кольцевого режима двухфазной смеси. Возникновение и развитие кризиса теплоотдачи в условиях дисперсно-кольцевого режима течения определяется рядом основных массообменных процессов, приводящих к исчезновению пристенной пленки, текущей по обогреваемой поверхности. Известно, что в области дисперсно-кольцевого режима течения кризис теплоотдачи обусловлен истощением пристенной пленки, текущей по теплоотдающей поверхности. Определив расход жидкости в пленке можно рассчитать условия наступления кризиса теплоотдачи. В монографии представлены результаты исследований по распределению жидкости и кризису теплоотдачи в парогенерирующих каналах.
В первой главе представлено описание режимов течения двухфазной смеси в каналах. Приведены зависимости, на основе которых возможно определить наступление режима течения при наличии и отсутствии теплового потока на стенках каналов.
В главе 2 приведены экспериментальные данные по распределению жидкости при гидродинамически равновесном течении двухфазной смеси и при наличии теплового потока на вогнутой и выпуклой поверхностях. Показано, что в зависимости от плотности теплового потока и режимных параметров преобладающими процессами массообмена между ядром потока и пристенной пленкой могут быть как процессы уноса, так и орошения. Представлены экспериментальные данные по распределению жидкости в каналах с неравномерным тепловыделением по длине, на основе которых выявлены закономерности массопереноса в таких каналах.
В главе 3 на основе данных по распределению жидкости между ядром потока и пристенной пленкой объяснен механизм кризиса теплоотдачи и описаны процессы ответственные за его возникновение. Рассмотрены процессы, приводящие к возникновению кризиса теплоотдачи в области дисперсно-кольцевого режима. Показано, что характер зависимости критического теплового потока от массового паросодержания определяется величиной и направлением суммарного массообмена. В зависимости от плотности теплового потока и режимных параметров преобладающими процессами массообмена между ядром потока и пристенной пленкой могут быть как процессы уноса, так и орошения. Между областями с преобладающим уносом жидкости из пленки или орошением пленки каплями, выпадающими из ядра потока, находится область перехода, в которой унос сменяется процессом орошения. В зависимости от режимных параметров ширина области перехода (по Х) различна. Показано, что в области перехода, при некотором сочетании теплового потока и паросодержания, суммарный массообмен между ядром потока и пристенной пленкой практически равен нулю.
В главе 4 описан метод определения расхода жидкости в пристенной пленке двухфазного дисперсно-кольцевого потока на теплоотдающей поверхности. Метод базируется на установленной экспериментально однозначной связи интенсивности суммарного массообмена между ядром потока и пристенной пленкой и значениями критических тепловых потоков в области дисперсно – кольцевого режима, расходов жидкости в ядре потока и пленке с граничными условиями в начале формирования дисперсно-кольцевого режима и параметрами в месте возникновения кризиса теплоотдачи. Метод был взят за основу при разработке методики расчета кризиса теплоотдачи на вогнутых и выпуклых теплоотдающих поверхностях твэла. Приведены результаты расчетов расходов жидкости в пристенной пленке для вогнутой и выпуклой теплоотдающих поверхностей при равномерном и неравномерном тепловыделении по длине.
В пятой главе представлены экспериментальные данные по кризису теплоотдачи на вогнутых теплоотдающих поверхностях (трубы) с равномерным и неравномерным тепловыделением по длине. Описаны методики расчета кризиса теплоотдачи с равномерным и неравномерным тепловыделением по длине на вогнутых теплоотдающих поверхностях (трубы) во всей области существования двухфазного потока.
В шестой главе выполнен анализ данных по кризису теплоотдачи в кольцевых каналах. Представлена методика расчета КТП на вогнутой и выпуклой теплоотдающих поверхностях кольцевых каналов во всей области существования двухфазного потока.
В седьмой главе представлена методика расчета кризиса теплоотдачи на выпуклых и вогнутых теплоотдающих поверхностях на основе уравнения баланса жидкости в пристенной пленке. На основе методики возможен расчет кризиса теплоотдачи на теплоотдающих поверхностях при равномерном и неравномерном тепловыделении, в том числе, и при наличии на теплоотдающей поверхности необогреваемых участков.
В восьмой главе представлен анализ методов интенсификации теплосъема на вогнутых и выпуклых теплоотдающих поверхностях. Детально описаны экспериментальные данные по кризису теплоотдачи и интенсивности теплосъема в закризисной области с помощью закрутки потока. Приведены расчетные соотношения для определения интенсивности теплосъема в докризисной и закризисной областях и КТП на выпуклой и вогнутой теплоотдающих поверхностях кольцевого канала с закруткой.
В главе 9 представлены результаты исследования интенсивности теплосъема и кризиса теплоотдачи на вогнутой и выпуклой теплоотдающих поверхностях, в которых интенсификация теплосъема достигается за счет взаимодействия закрученных потоков. Приведены расчетные соотношения для определения интенсивности теплосъема в докризисной и закризисной областях и критического теплового потока (КТП) на выпуклой и вогнутой теплоотдающих поверхностях кольцевого канала с закруткой и транзитным потоком.
Десятая глава посвящена экспериментальной технике. В частности описаны электрообогреваемые модели РУ, на основе которых получены экспериментальные данные по кризису теплоотдачи на выпуклых и вогнутых теплоотдающих поверхностях кольцевых каналов с закруткой и закруткой и транзитным потоком. Описаны методы исследования распределения жидкости между ядром потока и пристенной пленкой, методик определения структуры потока, температур потока и температур теплоотдающих поверхностей.