Теплообмен и температурные поля твэлов в активных зонах ВВЭР (экспериментальные и расчетные исследования) Жуков А.В., Сорокин А.П., Кузина Ю.А. Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт им. А.И.Лейпунского, г. Обнинск, Россия

Продольное (а) и поперечное (b) сечения теплогидравлической модели ТВС ВВЭР

Схема опытного пучка и обогреваемого имитатора твэла с раздвинутыми s/d 1 обечайка; 2 вытеснитель; 3 стержни; 4 обогреваемые имитаторы; 5 верхняя решетка; 6 трубка; 7 цирконитовые втулки; 8 нихромовая спираль; 9 нижняя решетка

Основные сведения об экспериментальных моделях и условиях опытов в ФЭИ с пучками имитаторов твэлов (вода) Относительный шаг имитаторов x=s/d 1,01,011,021,0621,11,21,41,31,5 Число имитато-ров твэл, n Материал имитатора твэл ст. Х18Н10ТCu ст. Х18 Н10Т ст. Х18Н10Т ст. Х18 Н10Т ст. Х18Н10Т Cu Параметр эквива- лентной тепло- проводности, ε 24 7,

Результаты исследований модельных сборок с s/d>1,0

Сравнение полученных данных по числам Nu с формулой для круглых труб 1 обогрев 7 имитаторов из сталиХ18Н10Т,q= ккал/м 2 ч 2 то же, q=94, ккал/м 2 ч; 3 обогрев 7 имитаторов и обечайки, q=94, ккал/м 2 ч; 4 одиночный обогрев центрального имитатора, q=94, ккал/м 2 ч; 5 одиночный обогрев центрального имитатора, q= ккал/м 2 ч. Прямые линии соответствуют формуле для круглых труб

Экспериментальные данные, обработанные в виде зависимости Nu f /Pr f 1/3 =f(Re f )

Сравнение опытных данных по теплообмену стержней с формулой Nu f =CRe П 0,8 Pr П 1/3, где С=0,026s/d-0,006 1 результаты Инаятова, Михеева (s/d=1,22); 2 Миллера, Бернса, Бенфорадо (s/d=1,46); 3-Жукова А.В., Субботина В.И., Ушакова П.А. (s/d=1,4)

Зависимость комплекса Nu/Pr 0,4 от числа Re для имитаторов твэлов с s/d=1,062

Зависимость комплекса Nu/Pr 0,4 от числа Re для имитаторов твэлов с s/d=1,01 ( ) и 1,062 ( 18)

Зависимость комплекса Nu/Pr 1/3 от числа Re для пучков имитаторов твэлов с разными s/d по результатам исследований Жукова А.В. (s/d=1,0; 1,01; 1,02; 1,062; 1,1; 1,2; 1,4), Габриановича Б.Н. и Титова П.А. (s/d=1,0; 1,3; 1,5)

Экспериментальные данные ФЭИ по числам Nu в решетках имитаторов твэлов с различными s/d ( s/d=1,0; 1,01; 1,015; 1,02; 1,062; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 )

Обобщенные зависимости для чисел Нуссельта 1,0s/d1,8; 0,01ε 1,06x=s/d 1,80; 0,7 Pr 20; Re ,0s/d 2; 1 Pr 10; 10 4 Re ) 2) 3)

Экспериментальные данные по числам Nu в решетках имитаторов твэлов с различными s/d и их сопоставление с расчетными формулами

Поле температур (а) и тепловых потоков (б) имитаторов твэлов ( ), расположенных с s/d=1,062 и обтекаемых водой

Максимальная неравномерность температуры по периметру твэлов 1,0 s/d 1,06; 7 600; Re

Зависимость максимальных неравномерностей температуры имитаторов твэлов от шага решетки при теплосъеме водой – данные Габрианови- ча Б.Н., Жукова А.В., Ушакова П.А. для s/d=1,0, ;, – данные Жукова А.В., Мужанова А.Б. для разных s/d и усредняющие зависимости; – данные Синявско- го В.Ф., Бобкова В.П. и др. (s/d=1,0; =7,0)

Результаты исследований плотно упакованных сборок имитаторов твэлов Распределение безразмерных температур и тепловых потоков по периметру плотно упакованных имитаторов твэлов, расположенных в треугольной и квадратной решетках; 1, 2, 3 - w f = 1,85; 0,69; 24, соответственно

Зависимость чисел Нуссельта для твэлов, обтекаемых водой (1) и жидким металлом (2)

Зависимость максимальных неравномерностей температуры по периметру твэлов, обтекаемых водой (1) и жидким металлом (2)

Анализ и сопоставление расчетных данных Зависимость Nu/Nu тр от s/d по данным различных работ: 1 ( ) – по обобщенной формуле Жукова А.В., Титова П.А., Ушакова П.А; 2 ( )- по расчетам Deissler- Taylor; 3 ( ) - по расчетам Кокорева Л.С., Корсуна А.С., Петровичева В.И., 4 ( ) – по обобщенной формуле Бобкова В.П., 5 ( ) – по расчетам Булеева Н.И., Ельцовой Л.Д.; 6 ( ) – по расчетам Осмачкина В.С., 7 ( ) - по расчетам Nijsing.

К анализу граничного условия t w =const (ε) в пучках стержней, обтекаемых теп- лоносителями с Pr 0,7

Сравнение экспериментальных данных (символы) о теплообмене жидкостей с Pr 0,7 в правильных треугольных решетках стержней с данными, полученными расчетом по эмпирическим формулам

Экспериментальные данные и условия опытов по изучению теплообмена к теплоносителям с умеренными числами Pr Dingee D., Chastain J. s/d=1,12; 1,20; 1,27 вода Nu= CRe 0,8 Pr 1/3, C=0,026s/d-0,006 1,1 s/d 1,5 Wantland J. s/d=1,19; вода Nu=0,0066Re 0,91 Pr 0,4 Miller P., Byrnes J., Benforado D. s/d=1,46; вода Nu=0,036Re 0,8 Pr 1/3

Инаятов А. s/d=1,22; вода Субботин В.И. и др. s/d=1,40; вода Nu=0,0205Re 0,84 Pr 1/3 Фирсова Э. s/d=1,20; вода Palmer L., Swanson L. s/d=1,015; воздух Nu=0,023Re 0,8 Pr 0,4

Субботин В.И. и др. Nu=0,01Re 0,8 Pr 0,43 Nu=0,024Re 0,8 Pr 1/3 Nu=0,025Re 0,8 Pr 1/3 Nu=0,030Re 0,8 Pr 1/3 Nu=0,034Re 0,8 Pr 1/3 s/d=1,0 s/d=1,1 s/d=1,2 s/d=1,3 s/d=1,5 вода Кроль Л. и др. s/d=1,56; пар Nu=0,0334Re f 0,8 Pr f 0,4 Боришанский В. и др. s/d=1,1; 1,5 вода Михайлов А. и др. s/d=1,2 воздух

s/d=1,05; 1,29; 1,31; 1,67; 2,2 воздух Presser K. Nu = cRe 0,8 Pr 0,44, c = 0,0223+0,0018s/d 0,00295e -2,4(s/d-1) для Re>20000 Rieqer M. s/d=1,25; 1,6; вода Nu =cRe 0,86 Pr 0,4, c=0,0122+0,00245s/d

Калинин Э., Дрейцер Г., Козлов А. s/d=1,16; 1,20; 1,34;1,40; 1,5 вода Nu =cRe 0,8 Pr 1/3, c =0,032s/d 0,0144 Боришанский В., Готовский М., Фирсова Э. s/d=1,1; вода Nu =1,1φNu тр,

Окончательно рекомендуемые формулы 1,0s/d1,8; 0,01ε 1,0x=s/d 1,80; 0,7 Pr 20; Re t w =const (ε) 1,0 s/d 1,06; 7 600; Re