Схема движения теплоносителя и рабочего тела

Гелий поступает  в парогенератор из реактора во входной патрубок, из которого направляется в кольцевой канал, движется по нему вверх, поворачивает на 180 ⁰ и поступает на вход в межтрубное пространство, где движется сверху - вниз по кольцевому рабочему каналу, образованному центральным каналом и обечайкой «холодного» гелия. По центральному  каналу движется «холодный» гелий. Он омывает подводящие и отводящие рабочее тело трубопроводы и присоединенные к ним раздающие и собирающие коллектора, что улучшает условия их работы вследствие снижения температуры гелия. «Горячий» гелий последовательно омывает промежуточный пароперегреватель – трубный пучок низкого давления, затем пучок высокого давления, в состав которого входят первичный пароперегреватель, испаритель и экономайзер.  В нижней части ПГ «холодный» поток гелия объединяется в один поток с гелием, протекающим в межтрубном пространстве и направляются в газодувку. После газодувки «холодный» гелий поступает в кольцевое пространство между корпусом и обечайкой, а из него направляется в выходной патрубок и далее в реактор. Часть «холодного» гелия движется по периферийному кольцевому каналу к крышке корпуса для ее охлаждения. Через крышку проходят трубопроводы с разной температурой воды и перегретого пара, что ухудшает условия ее работы из-за температурных напряжений. Дополнительно предусмотрена тепловая изоляция проходок через крышку.

Питательная вода поступает по четырем трубопроводам к раздающим камерам, расположенным в нижней части. Из них вода направляется во внутритрубное пространство пучка высокого давления. Движется снизу - вверх и нагревается до температуры насыщения, превращается в пар, перегревается и поступает в собирающие камеры, из которых по трубопроводам отводится из парогенератора и направляется в коллектор пара. В трубчатке высокого давления движение противоточное. Пар после турбины  поступает во внутритрубное пространство пучка низкого давления, где движется сверху вниз, т.е. по схеме прямотока, что позволяет уменьшить температуру металла трубчатки и собирающих камер вторичного ПП. Из этих камер пар отводится по трубопроводам и направляется в коллектор пара и далее на турбину.

 

Лекция №11

Характеристики и структура двухфазного потока (2 часа)

 

Движение двухфазного потока имеет ряд особенностей. Эти особенности связаны, прежде всего, с гидромеханическим взаимодействием фаз между собой и с твердой стенкой и изменениями, вносимыми в гидродинамику потока фазовыми переходами. При этом, даже в том случае, когда движение протекает адиабатно (без подвода теплоты), не учитывать влияние фазовых превращений во многих случаях нельзя.

Для характеристики двухфазного потока наряду с величинами, рассчитанными по уравнениям материального и теплового баланса, приходится вводить величины, определение которых ведется с учетом особенностей движения отдельных фаз. Параметры, рассчитанные по уравнениям материального и теплового баланса, принято называть расходными параметрами, а величины, характеризующие движение каждой из фаз в отдельности или гидродинамику потока в целом (с учетом особенностей движения отдельных фаз), - истинными параметрами.

Расходные параметры потока

Основными расходными параметрами двухфазного потока являются приведенная скорость жидкости  , приведенная скорость пара , массовое, рассчитанное по тепловому балансу паросодержание х и объемное расходное паросодержание .

Приведенные скорости определяют из соотношений:

                                                                                                                            

 ,

а массовое и расходное паросодержания – из зависимостей:

,

,

здесь  и  - объемные расходы жидкости и пара, м³/с;  и  - массовые расходы жидкости и пара, кг/с; А- площадь сечения канала, м².

Как видно из соотношения (4), приведенной скоростью называется средняя скорость, которую имела бы жидкая или паровая фаза при заполнении всего сечения канала;  и  представляют собой также объемы жидкости и пара, протекающие через единицу площади поперечного сечения канала в единицу времени.

Объемное расходное паросодержание может быть определено также по формуле:

.

Движение среды характеризуется также массовой скоростью, т.е. отношением массового расхода в единицу времени G к площади поперечного сечения канала А. Обычно эту скорость обозначают в виде произведения:

                                     ,                                          

 где  и  - плотность и скорость среды соответственно.

При движении двухфазного потока вдоль обогреваемого канала постоянного сечения линейные скорости  и  и массовые скорости отдельных фаз изменяются за счет фазовых превращений. Это происходит потому,что часть жидкости из-за подвода теплоты и уменьшения давления испаряется. Некоторое влияние на изменение скоростей пара и жидкости оказывает также уменьшение плотности пара. Однако массовая скорость, определенная по общему расходу (5), остается постоянной. Неизменной остается также и скорость:

,

представляющая собой отношение массовой скорости всего потока и плотности жидкой фазы при температуре насыщения. Эта величина, широко используемая в технических расчетах, называется скоростью циркуляции. ЕЕ можно представить себе как скорость жидкости в сечении канала, где начинается парообразование (при x =0), если сечение канала здесь сохраняется таким же, как и в рассматриваемых условиях.

Истинные параметры потока

 Определение истинных значений параметров двухфазного потока в различных сечениях канала является одной из основных задач гидродинамики. Без этих величин нельзя рассчитать теплопередачу и, следовательно, выбрать необходимые параметры сред и размеры поверхностей теплообмена, определить сопротивления на различных участках течения потока, выбрать надежные режимы и решить ряд других технических задач.

Истинные параметры потока легко могут быть определены, если известна часть площади сечения канала, занимаемая той или иной фазой. В расчетах обычно пользуются значением, определяющим часть сечения, занимаемого паровой фазой:

 ,

где  - сечение, занимаемое паром.

Эта величина называется также истинным объемным паросодержанием.

Из зависимости  легко установить, что истинная скорость пара:

.

Составив аналогичное уравнение материального баланса для жидкой фазы, установим, что истинная скорость жидкой фазы:

.

По значениям  и  легко определить истинные массовые скорости отдельгых фаз.

Относительную скорость фаз:

называют скоростью скольжения (или скольжением).

Чаще всего истинные скорости движения пара и жидкости заметно различаются между собой. Несмотря на это, в технических расчетах часто приходится иметь дело с величинами, рассчитанными без учета скольжения, т.е. при рассмотрении среды как гомогенной смеси. Скорость такой смеси окажется равной сумме приведенных скоростей отдельных фаз, т.е.:

         .                                                

Из уравнения материального баланса  легко установить, что скорость циркуляции в зависимости от  определяется уравнением:

                                       . 

Скорость пароводяной смеси:                                 

или

.

Значение средней плотности смеси может быть установлено из выражения:

,

которое может быть записано также в виде:

,

откуда                                                                            

Истинное среднее значение плотности двухфазной среды  отличается от . Эта величина (как и другие истинные параметры потока) может быть определена, если известна доля сечения, занятая паровой фазой :

Из приведенных зависимостей видно, что при   истинные скорости  и  равны между собой и равны скорости смеси , а .

Паросодержание потока может быть определено также из выражения:

,

где  - энтальпии смеси и жидкости при температуре насыщения, Дж/кг.

Если под энтальпией смеси  при условиях, когда t  (так же как и для условий, когда t= ), понимать среднюю расходную энтальпию потока , то x в этих условиях характеризует недогрев жидкости до температуры насыщения. Когда , величина x имеет отрицательное значение, при , (вплоть до условий, когда энтальпия потока равна энтальпии пара  при температуре насыщения) значения x положительны и равны массовому паросодержанию смеси. Если величина во всем рассматриваемом диапазоне энтальпий потока включает отрицательные значения x, то ее часто называют относительной энтальпией.

Объемное расходное паросодержание  связано с относительной энтальпией x зависимостью:

,

При подъемном движении потока скорость скольжения положительна и при всех значениях x для адиабатного течения  (при небольших значениях x объемное паросодержание ; в дальнейшем с увеличением относительной энтальпии разница между значениями этих величин все более уменьшается).