Приклад розв’язання задачі за даними варіанта 16

Швидкість пари на вході в сепаратор:

критична

з урахуванням коефіцієнта запасу

Прохідний перетин сепаратора, що забезпечує необхідну швидкість пари

Число кіл, по яких розташовуються блоки жалюзі

В результаті округлення =10, тоді крок їх розташування:

Виходячи з розташування блоків по концентричних колах, сума діаметрів цих кіл

де с= при непарному , с= при парному .

Для даного випадку

Висота жалюзійного сепаратора

8. Гідравлічний опір руху однофазного потоку в поверхнях теплообміну. Потужність ГЦН, що витрачається на прокачку теплоносія в парогенераторі АЕС

8.1. Основні визначення і розрахункові співвідношення

Більшість гідравлічних розрахунків у ядерній енергетиці пов’язано з течією в каналах. Головні задачі при розрахунку таких течій (переважно нестисливих однофазних середовищ) – визначення гідравлічних опорів каналів; розрахунок розподілу витрат і розподілу швидкостей, і т. ін.

Основна задача розрахунку гідравлічного опору – визначення втрат тиску в каналах і затрат на прокачку теплоносія.

8.1.1. Потужність ГЦН, що витрачається на прокачку теплоносія по трубах поверхні нагріву парогенератора, кВт:

де - витрата теплоносія, кг/с; - перепад тиску в парогенераторі по ходу теплоносія, ; - густина теплоносія на виході з парогенератора, ; - ККД ГЦН, .

8.1.2. Виходячи з особливостей течії середовища в конструктивних елементах парогенератора, вони розбиваються на ділянки, для яких визначаються втрати напору. Сума втрат напору (гідравлічний опір) на цих ділянках і визначає потужність, що витрачається на прокачку теплоносія через парогенератор:

де – число ділянок, на які розбивається тракт теплоносія в межах парогенератора; - гідравлічний опір і - ї ділянки, :

де - сума коефіцієнтів місцевих опорів; - коефіцієнт тертя; l, - відповідно гідравлічні довжина і діаметр, м; - масова швидкість теплоносія, кг/(м²с); v – питомий об’єм теплоносія, м³/кг.

8.1.3. Коефіцієнт місцевого опору визначається типом останнього. Для будь-якого практично важливого випадку існують залежності для обчислення коефіцієнта місцевого опору, або наводяться безпосередньо числові значення, що містяться в довідниках і нормативних матеріалах. Наведемо характерні для парогенераторів по тракту теплоносія коефіцієнти місцевих опорів:

• опір входу у трубу, віднесений до швидкості середовища в ній,

• опір виходу з труби, віднесений до швидкості середовища в ній,

• опір звичайних згинів труб з радіусом згину R/d 3,5, при куті повороту потоку 60-140^о

• опір різких поворотів потоку у вигляді коліна (при куті 90^о)

• опір при раптовій зміні перетину. В цьому випадку коефіцієнт місцевого тертя залежить від співвідношення більшого і меншого прохідних перетинів і визначається за рис. 8.1.

Рисунок 8.1.

8.1.4. Коефіцієнт тертя залежить в загальному випадку від числа Re і стану поверхні каналу (шорсткості стінки ). Починаючи зі значення , коефіцієнт тертя не залежить від числа Re і визначається лише відносною шорсткістю. Для режимів течії з коефіцієнт тертя визначається за формулою

Шорсткість труб з вуглецевої сталі не перевищує 0,1 мм, з аустенітної сталі – 0,05 мм.

8.1.5. При поздовжньому русі потоку в каналах будь-якої форми гідравлічний опір визначається за (8.1), (8.2) при підстановці в них гідравлічного діаметра . При течії в круглих трубах , для кільцевого каналу . Для більш складних випадків еквівалентний гідравлічний діаметр розраховується за формулами, наведеними у довідниках.

[l, гл.7, § 7.2, с.121-124; 2, гл.1, $ 1.6, с.29-39; 3, гл.8, § 8.1, с.123-125; § 8.3, с.127; 4, гл.4, § 4.4. с.149-162; 9, гл.1, §1.1.5, с.17-25].

8.2. Завдання для самостійної роботи

8.2.1. Розрахувати потужність ГЦН, затрачену на подолання гідравлічного опору вертикального парогенератора із витою поверхнею нагріву і колекторним підведенням і відведенням теплоносія, включаючи опори: розділової обичайки; сполучної обичайки з роздавальною камерою; трубного пучка; збиральної камери з кільцевим каналом.

Вихідні дані наведені в табл.8.1.

Таблиця 8.1

№ варіанта
+	17	325	290		4,5		14 1,4
-	15	315	280		3,5		12 1,2
1	+	+	+	3645	+	90	+	11,6	930
2	+	+	+	3298	+	102	-	9,2	885
3	+	+	+	3667	-	114	+	6,3	933
4	+	+	+	3318	-	132	-	4,95	888
5	+	+	+	4148	+	90	+	10,2	992
6	+	+	+	3753	+	108	-	8,3	942
7	+	+	+	4171	-	126	+	6,4	995
8	+	+	+	3774	-	138	-	5,1	947

При виконанні розрахунку прийняти:

габаритний розмір (довжину) сполучної обичайки з двома (роздавальною і збиральною) камерами теплоносія 10 ;

габаритний розмір (довжину) кільцевого каналу 3 м;

співвідношення площі прохідного перерізу кільцевого каналу і розділовій обичайки ; ;

гідравлічний діаметр кільцевого каналу

, де ;

питомий об'єм теплоносія в трубному пучку

шорсткість внутрішньої поверхні труб = 0,01 мм, в інших випадках ;

- ККД ГЦН; ;

розташування отворів у камерах теплоносія коридорне;

крок отворів у поздовжньому напрямку ;

довжина камери теплоносія, не зайнята полем отворів, 0,7 .

Приклад рішення задачі за даними варіанта 8

Розрахунок починається з визначення необхідних геометричних характеристик чотирьох виділених (див. умови завдання) ділянок тракту теплоносія.

Довжина (висота) камер теплоносія

.

Виходячи з конструкції парогенератора, довжини розрахункових ділянок: першої (розділова обичайка) і четвертої (збиральна камера з кільцевим каналом) розрахункових ділянок

Другої (сполучна обичайка з роздавальною камерою)

м;

третьої (труби теплообмінного пучка)

.

За гідравлічний діаметр на всіх розрахункових ділянках, за винятком четвертої (кільцевий канал), приймається внутрішній діаметр відповідно розділової обичайки, сполучної обичайки з камерою теплоносія і теплообмінних труб:

;

.

Виходячи з заданого співвідношення площ прохідного перетину кільцевого каналу і розділової обичайки гідравлічний діаметр першої розрахункової ділянки

= .

Тоді гідравлічний діаметр четвертої розрахункової ділянки

.

Коефіцієнти тертя на розрахункових ділянках

першій

;

другій

;

третій

четвертій

Місцеві опори на першій ділянці представлені різким поворотом потоку на 90 град і раптовим розширенням прохідного перетину при виході потоку з розділової обичайки в сполучну:

На другій ділянці місцеві опори відсутні, тобто

На третій ділянці місцеві опори представлені входом в трубу, виходом з неї в камеру і плавними поворотами (вигинами труб):

Місцеві опори четвертої ділянки включають в себе тільки різкий поворот потоку теплоносія при виході з парогенератора

Масові швидкості теплоносія на ділянках:

першій

;

другій

третій

;

четвертій

Гідравлічний опір розрахункових ділянок:

першої

;

другої

;

третьої

;

четвертої

.

Гідравлічний опір парогенератора по тракту теплоносія

.

Потужність ГЦН, яка витрачається на прокачування теплоносія через парогенератор:

.

8.2.2. Розрахувати потужність ГЦН, затрачену на подолання гідравлічного опору прямоточного парогенератора з прямими трубами поверхні нагріву, введеними в корпус за допомогою трубних дощок, включаючи опір камери підведення теплоносія до труб поверхні нагріву; труб поверхні нагріву; камери відведення теплоносія від труб поверхні нагріву.

Вихідні дані наведені в табл.8.2.

Таблиця 8.2

№ варіанта
+	17	335	300		4,5	14х1,4
-	16	326	200		3,5	12х1,2
1	+	+	+	7200	+	+	2,367	21,808
2	+	+	+	6849	+	-	2,325	18,631
3	+	+	+	7340	-	+	2,730	14,885
4	+	+	+	6982	-	-	2,650	11,496
5	+	+	+	8109	+	+	2,520	19,071
6	+	+	+	7713	+	-	2,464	16,338
7	+	+	+	8251	-	+	2,880	12,701
8	+	+	+	7848	-	-	2,821	11,358

При виконанні розрахунків врахувати:

Швидкість теплоносія в штуцерах роздавальної і збиральної камер

питомий об'єм теплоносія в трубному пучку

шорсткість внутрішньої поверхні труб

ККД ГЦН в місцях різкої зміни прохідного перетину опір розраховувати за швидкістю у вужчому перетині

Приклад вирішення задачі за даними варіанта 8

Гідравлічний опір першої ділянки (камера підведення теплоносія до труб поверхні нагріву) включає в себе тільки місцевий опір в перетині виходу теплоносія з штуцера в камеру. Опором тертя в даному випадку в силу його незначності можна знехтувати.

Діаметр штуцера підведення (відведення) теплоносія

Коефіцієнт опору при раптовому збільшенні діаметру перетину (вихід теплоносія з штуцера в камеру)

Гідравлічний опір камери підведення теплоносія

Гідравлічний опір другої ділянки (труби поверхні нагріву) включає в себе місцеві опори входу в труби і виходу з них, сума коефіцієнтів яких

,

а також опір тертя. Коефіцієнт тертя на даній ділянці

.

Тоді гідравлічний опір другої ділянки

Характер гідравлічного опору третьої ділянки (камера відведення теплоносія від труб поверхні нагріву) аналогічний першій. При рівних діаметрах підведення і відведення теплоносія коефіцієнт опору при раптовому зменшенні прохідного перетину

Гідравлічний опір камери відведення теплоносія

Сумарний гідравлічний опір парогенератора по тракту теплоносія

Потужність ГЦН, що витрачається на подолання гідравлічного опору парогенератора по тракту теплоносія

8.2.3. Розрахувати потужність ГЦН, що витрачається на подолання гідравлічного опору горизонтального парогенератора, включаючи опір камери підведення теплоносія; труб поверхні нагріву; камери відведення теплоносія.

Вихідні дані наведені в табл. 8.3.

Таблиця 8.3

№ варіанта
+	12,5	310	280		4,5	14Ч1,4
-	11,5	300	270		3,5	12Ч1,4
1	+	+	+	1454	+	+	7,270	0,567	1,162
2	+	+	+	1343	+	-	5,678	0,544	1,374
3	+	+	+	1459	-	+	3,622	0,568	1,318
4	+	+	+	1347	-	-	3,132	0,545	1,265
5	+	+	+	1492	+	+	7,074	0,574	1,177
6	+	+	+	1377	+	-	5,539	0,551	1,129
7	+	+	+	1497	-	+	2,662	0,575	1,903
8	+	+	+	1382	-	-	3,131	0,552	1,281

При виконанні розрахунків враховувати:

шорсткість внутрішньої поверхні труб

колектора мм;

питомий об'єм теплоносія в трубному пучку

ККД ГЦН

довжину камер (колекторів) підведення і відведення теплоносія прийняти

.

Приклад вирішення задачі за даними варіанта 8

При відомих конструктивних характеристиках (довжина, внутрішній діаметр) виділених ділянок (див. умови задачі) для них визначаються коефіцієнти тертя

Місцеві опори на першій і третій ділянках відсутні, а на другій ділянці представлені входом з розподільної камери в труби поверхні нагріву, виходом з них в збиральну камеру і плавними поворотами (згини труб):

.

Масові швидкості теплоносія на ділянках: першій і третій

другій

Гідравлічний опір на розглянутих ділянках:

першій

другій

третій

Гідравлічний опір парогенератора по тракту теплоносія

Потужність ГЦН, що витрачається для подолання гідравлічного опору парогенератора

.

Список літератури

1. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. - 3-е изд./перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1967, - 384 с.

2. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика і теплообмен при парообразовании: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., исп. - М.: Высш.шк., 1986. - 448 с.

3. Федоров Л.Ф., Рассохин Н.Г. Процессы генерации пара на атомных электростанциях. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 288 с.

4. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС /Митенков Ф.М., Гоневко В.Ф., Ушаков П.А.; Юрьев Ю.С.; Под ред. Ф.М. Митенкова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 296 с.

5. Сепарационные установки АЕС /Агеев А.Г., Карасев В.Б., Серов И.Т., Титов В.Ф. - М.: Энергоиздат, 1982. - 169 с.

6. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине: "Парогенераторы АЕС" / Сост. В.К. Щербаков, Я.В. Ященко. - К.: КПИ, 1984. - 40 с.

7. Расчет на прочность деталей парогенераторов АЕС: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине: "Парогенераторы АЕС" для студентов специальности 0520 "Парогенераторостроение" / Сост. В.К. Щербаков - К.: КПИ, 1986. - 28 с.

8. Кузнецов Н.М., Канаев А.А., Копп И.З. Энергетическое оборудование блоков АЕС. - 2-е изд., исп. - Л.: Машиностроение, 1987. - 279 с.

9. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам: (Ядерные реакторы, теплообменники, паро­генераторы) /Под общ. ред. П.Л. Кириллова. - М.: Энергоатомиздат, 1984'. - 296 с.

10. 'Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Издательство стандартов, 1969. - 408 с.

11. Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов, сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и исследовательских ядерных реакторов і установок. - М.: Металлургия, 1973. - 408 с.

Додатки Таблиця П.1