Интенсификация механизмов смешения неизотермических потоков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Интенсификация механизмов смешения неизотермических потоков

Сатаев А.А.

Дунцев А.В.

ФГБОУ ВО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.

Нижний Новгород, Россия

Моделирование механизмов смешения жидкостей различных по температурам, вязкости, химическому составу имеет важное значение в понимании процессов тепломассопереноса. Например, одной из задач является определение термоциклических пульсаций. Это нужно для оценки прочности и надежности элементов реакторной установки. Особенно важны места сварки главных патрубков и сварные швы обечаек конструкции реактора. Пульсации температур приводят к неравномерной тепловой нагрузке на металлические изделия, приводя к усталостным разрушениям, трещинам и выходу элементов оборудования из строя [1]. Вышеописанные процессы нуждаются в должной оценке, а также прогнозировании их влияния на ответственное оборудование ядерных энергетических установок. К сожалению, проводить натурные эксперименты на тех же параметрах, на которых работает оборудование подчас требует больших затрат времени и средств, а иногда это вовсе невозможно. Однако возможно использование современных компьютерных программ и комплексов.

В настоящее время с интенсивным развитием компьютерных технологий особое значение приобретает математическое моделирование различных физических процессов. В задачах тепло- и массобмена численный эксперимент приобрел сейчас важность сравнимую с важностью эксперимента натурного. Описание теплогидравлических процессов в оборудовании АЭС во многом схоже с описанием процессов в газовой динамике. Такая схожесть, конечно, не случайна, так как связана с подобием описываемых сплошных сред, каковыми являются одно- и двухфазные жидкости, широко применяемые в качестве теплоносителей и рабочих тел в теплоэнергетике. Исторически сложилось так, что именно в газовой динамике ранее, чем в остальных областях техники, был развит мощный математический аппарат для конструирования сложных моделей потоков, режимов обтекания, исследования температурных полей и т.д. Поэтому бурное развитие расчетноаналитических методов в теплогидравлике часто основывалось (и в настоящее время основывается) на уже апробированных подходах и методах, полученных в газовой динамике [2]. Однако данные программные комплексы нуждаются в верификации. Подобие и возможность переноса результатов с модели на натуру является одним из основных вопросов, возникающих при проведении экспериментальных исследований на уменьшенных моделях с водой. Поэтому экспериментальные исследования на стендах с водой дают возможность проанализировать основные черты теплогидравлических процессов, протекающих в реакторе.

В данной работе нами было решено проанализировать возможные пути интенсификации процессов смешения неизотермических потоков. Для этого была использована модель для исследования этих процессов, представляющая собой кювету с организованным подводом неизотермического потока снизу модели. Визуализация этой модели выполнялась с использованием тепловизионной камеры (рис. 2, рис. 4). Для интенсификации смешения осуществлялась подача двухкомпонентного потока в модель. Для этого дополнительно использовалось тройниковое соединение для подачи двухкомпонентного потока (вода+газ (воздух, подаваемый с компрессора)). Затем полученные в ходе выполнения экспериментов граничные и начальные условия натурной модели были использованы для визуализации в программном комплексе Solid Works Flowsimulation. Комплекс Solid Works Simulation - CAE- модуль, основанный на методе конечных элементов и предназначенный для проведения раз личных видов анализа. Полученные результаты показаны на рис. 1, рис. 3.

При анализе полученных результатов видно, что данные тепловизионной съемки, полученной в ходе эксперимента, согласуются с данными расчета в комплексе Solid Works Simulation. Подача в модель двухкомпонентного потока (вода+газ) снижает градиент температур (разность минимальной и максимальной температур вдоль области смешения), а также общую неоднородность картины смешения, по сравнению с подобным экспериментом впрыска однокомпонентного потока.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 Визуализация модели Рис. 2. Тепловизионная съемка

в комплексе модели Solid Works Flowsimulation

(однокомпонентный поток).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3 Визуализация модели Рис. 4. Тепловизионная съемка

(с добавкой газа в поток) модели в комплексе Solid Works

Flowsimulation. (с добавкой газа в поток) (повернуто).

неизотермический тепломассоперенос пульсация

Литература

[1] Сатаев А.А., Дунцев А.В. «Исследование процессов смешения неизотермических потоков оборудования ядерных энергетических установок», Электроэнергетика глазами молодежи: материалы VIII Международной научно-технической конференции, 02-06 октября 2017, Самара.

[2] Зенов В.М. Введение в моделирование и анализ переходных процессов в РУ АЭС с ВВЭР, учебное пособие, Севастопольский национальный институт ядерной энергии и промышленности, г. Севастополь, 2002.

Размещено на Allbest.ru