І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, А. В. Носовський, Л. Б. Зімін, Т. С. Власенко, Г. І. Шараєвський
Інститут проблем безпеки АЕС НАН України,
вул. Лисогірська, 12, Київ, 03028, Україна
DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.21.2.1
Анотація
Систематизовано комплекс науково-технічних проблем, пов’язаних із пріоритетом забезпечення безпеки та надійності активних зон перспективних енергетичних ядерних реакторів із надкритичними термодинамічними параметрами легководного теплоносія. Розглянуто проблеми реалізації ефективної тепловіддачі з поверхні ТВЕЛ та забезпечення надійного розрахунку теплових та гідродинамічних процесів у турбулентних потоках теплоносія. Головну увагу приділено обумовленості фізичного характеру цих процесів закономірностями трансформації теплофізичних властивостей теплоносія за умов змін його температури. Відзначено недостатню дослідженість цих явищ та практичну відсутність фізично обґрунтованих адекватних уявлень щодо природи аварійного режиму погіршеної тепловіддачі, здатного непередбачувано виникати на поверхні ТВЕЛ навіть за умови безперервного її охолодження. Головною фізичною ознакою виникнення цього аварійного режиму є суттєве погіршення тепловіддачі, яка стає аномально низькою, але фізичні причини такої небезпечної аномалії є невідомими. На основі аналізу даних молекулярної кінетики пристінкового шару теплоносія ці явища запропоновано вважати обумовленими виникненням невідомого режиму псевдоплівкового кипіння. З використанням експериментальних даних показано, що на поверхні теплообміну можуть виникати макромолекулярні ансамблі у вигляді псевдопарових утворень, які порушують теплопередачу, і що існує достатньо глибока фізична аналогія між теплообміном у надкритичній термодинамічній системі та процесом недогрітого кипіння за умов докритичних параметрів теплоносія. Проаналізовано зміни характеристик експериментальних спектрів акустичної емісії псевдокипіння у разі послідовного підвищення теплового навантаження та доведено, що ці явища принципово можуть бути використані в перспективних системах діагностики реакторів з надкритичними параметрами для раннього виявлення початкових фаз псевдокипіння та оперативного запобігання виникненню аварійних режимів погіршеної тепловіддачі.
Ключові слова: легководний ядерний реактор, надкритичні параметри теплоносія, погіршений теплообмін, температура стінки каналу, теплове навантаження
Список використаної літератури
1. Світові тенденції розвитку конструкцій водоохолоджуваних реакторів із надкритичним тиском / І. Г. Шараєвський, Фіалко Н. М., Зімін Л. Б. [та ін.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2020. — № 2 (17). — С. 3–15.
2. Головні напрями російських розробок перспективних конструкцій водоохолоджуваних реакторів із надкритичним тиском / І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко,
3. Проблемні питання теплогідравлічного розрахунку активних зон перспективних водоохолоджуваних реакторів з надкритичними параметрами / І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, А. В. Носовський [та ін.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2020. — № 4 (19). — С. 3–15.
4. Актуальні проблеми забезпечення теплогідравлічної надійності перспективних ядерних реакторів з надкритичними параметрами / І. Г. Шараєвський, Н. М. Фіалко, А. В. Носовський [та ін.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2021. — № 1 (20). — С. 27–38.
5. Теплофизика безопасности атомных электростанций / А. А. Ключников, И. Г. Шараевский, Н. М. Фиалко [и др.]. — Чернобыль : ИПБ АЭС НАН Украины, 2010. — 484 с.
6. Теплофизика надежности активных зон / А. А. Ключников, И. Г. Шараевский, Н. М. Фиалко [и др.]. — Чернобыль: ИПБ АЭС НАН Украины, 2015. — 772 с.
7. Петухов Б. С. Вопросы теплообмена. Избранные труды / Б. С. Петухов. — Москва : Наука, 1987. — 278 с.
8. Pioro I. L. Heat transfer and hydraulic resistance at supercritical pressures in power engineering applications / I. L. Pioro, R. B. Duffey. — New York, NY, USA : ASME Press, 2007. — 334 p.
9. Режимы ухудшенного теплообмена при течении воды сверхкритического давления в каналах с пучками стержней / М. М. Ковецкая, Е. А. Кондратьева, Ю. Ю. Ковецкая [и др.] // Ядерна енергетика та довкілля. — 2016. — № 1(7). — С. 26–32.
10. Петухов Б. С. Теплообмен в однофазной среде при околокритических параметрах состояния / Б. С. Петухов // ТВТ. — 1968. — № 4. — С. 732–745.
11. Соотношение для коэффициента теплоотдачи к водороду при кипении и сверхкритическом давлении / Хендрикс Р. С. [и др.] // Ракетная техника. — 1962. — Т. 2. — С. 77–87.
12. Шицман М. Е. Ухудшение режима теплоотдачи при закритическом давлении / М. Е. Шицман // ТВТ. — 1963. — Т. 1, № 2. — С. 267–278.
13. Орнатский А. П. Теплообмен при подъемном движении воды в трубах малого диаметра при сверхкритических давлениях / А. П. Орнатский, Л. Ф. Глущенко, С. И. Калачев // Теплоэнергетика. — 1971. — № 5. —С. 91–93.
14. Hsu Y. Y. Intern Developments in Heat Transfer / Y. Y. Hsu. — ASME, 1963. — pD-188.
15. Стырикович М. А. Некоторые данные по температурному режиму вертикальной кипятильной трубы при околокритических давлениях / М. А. Стырикович, М. Е. Шицман, З. Л. Миропольский // Теплоэнергетика, — 1955. — № 12. — С. 32–36.
16. Hall W. B. Heat transfer near the critical point / W. B. Hall // Advances in Heat Transfer. — 1971. — Vol. 7. — P. 1–76.
17. Лабунцов Д. А. Некоторые вопросы конвективного теплообмена в сверхкритической области / Д. А. Лабунцов // Теплоэнергетика. — 1972. — № 3. — С. 69–74.
18. Разумовский В. Г. Теплоотдача и гидравлическое сопротивление гладких каналов при турбулентном течении воды сверхкритического давления: автореф. дис. канд. техн. наук / В. Г. Разумовский. — Киев, 1984. — 24 с.
19. Глущенко Л. Ф. Определение условий существования ухудшенных режимов теплоотдачи при сверхкритических давлениях среды / Л. Ф Глущенко, С. И. Калачев,О. Ф. Гандзюк // Теплоэнергетика. — 1972. — № 2. —С. 69–72.
20. Икрянников Н. П. К вопросу теплоотдачи в однофазной околокритической области при вязкостно-инерционногравитационном течении / Н. П. Икрянников, Б. С. Петухов, В. С. Протопопов // ТВТ. — 1973. — Т. 11, № 5. —С. 1068–1075.
21. Goldman K. Heat transfer to supercritical water at 500 psi flowing at high mass flow rates through round tubes /K. Goldman // Int. Development in Heat Transfer, part III. —1961. — P. 561–568.
22. Кафенгауз Н. Л. О механизме псевдокипения / Н. Л. Кафенгауз // Тр. ЭНИН / Государственный научноисследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского. — 1974. — Вып. 25. — С. 229–235.
23. Хайнес В. Пульсации давления при теплоотдаче к жидким углеводородам при сверхкритических давлениях и температурах / В. Хайнес, Х. Вольф // Ракетная техника. — 1962. — № 3.
24. Аккерман К. Теплоотдача при псевдокипении воды в закритической области в гладких и оребренных трубах /К. Аккерман // Тр. амер. об-ва инженеров-механиков (Trans. of the ASME). — 1970. — Сер. С. — Т. 92, № 3.
25. Экспериментальное исследование механизма псевдокипения в Н-гептане / И. Т. Аладьев, В. Д. Васянов, Н. Л. Кафенгауз [и др.] // Инж.-физ. журн. — 1976. — Т. 31, № 3. — С. 389–395.
26. Кафенгауз Н. Л. Теплоотдача к турбулентному потоку 1жидкости в трубах при сверхкритических давлениях / Н. Л. Кафенгауз // Инж.-физ. журн. — 1983. — Т. 44, № 1. — С. 14–19.
27. Толубинский В. И. Теплообмен при кипении / В. И. Толубинский. — Киев : Наук. думка, 1980. — 316 с.
28. Шараєвський І. Г. Розпізнавання передаварійних теплогідравлічних процесів у водоохолоджуваних ядерних
Якщо стаття прийнята до друку в журналі «Ядерна енергетика та довкілля», автор має підписати угоду про передачу авторських прав. Угода надсилається на поштову (оригінал) або електронну адресу (сканована копія) Редакції журналу.
Всі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим розповсюджувати роботу з визнанням авторства цієї роботи і першої публікації в цьому журналі.