Тепловая гидравлика - Thermal hydraulics

Тепловая гидравлика (также называемый теплогидравлика) является изучение гидравлический втекать тепловые жидкости. Территорию в основном можно разделить на три части: термодинамика, механика жидкости, и теплопередача, но часто они тесно связаны друг с другом. Типичный пример: пар поколение в электростанции и связанная с этим передача энергии механический движение и изменение состояния из воды при прохождении этого процесса. Термогидравлический анализ может определить важные параметры для конструкции реактора, такие как: эффективность завода и охлаждаемость системы.[1]

Общие прилагательные - «теплогидравлический», «теплогидравлический» и «теплогидравлический».

Термодинамический анализ

В термодинамическом анализе все состояния определены в системе, считаются термодинамическое равновесие; каждое состояние имеет механическое, термическое и фазовое равновесие, и макроскопические изменения во времени отсутствуют. Для анализа системы первый закон и второй закон термодинамики.[2]

В электростанция анализ, ряд состояний может включать цикл. В этом случае каждое состояние представляет состояние на входе / выходе отдельного компонента. Примером компонентов являются насоскомпрессор, турбина, реактор и теплообменник. Учитывая конститутивное уравнение для данного типа жидкости можно анализировать термодинамическое состояние каждой точки. В результате тепловая эффективность цикла можно определить.

Примеры цикла включают Цикл Карно, Цикл Брайтона, и Цикл Ренкина. На основе простого цикла также существует модифицированный или комбинированный цикл.

Распределение температуры

Температура это важная величина, которую необходимо знать для понимания системы. Свойства материала, такие как плотность, теплопроводность, вязкость, и удельная теплоемкость зависят от температуры, и очень высокая или низкая температура может привести к неожиданным изменениям в системе. В твердом виде уравнение теплопроводности может использоваться для получения распределения температуры внутри материала с заданной геометрией.

Для стационарного и статического случая уравнение теплопроводности можно записать как

куда Закон проводимости Фурье применяется.

Применение граничные условия дает решение для распределения температуры.

Однофазный теплообмен

При однофазной теплопередаче, конвекция часто является доминирующим механизмом теплопередачи. Для диабатического потока, когда поток получает тепло, температура хладагента изменяется по мере его движения. Пример однофазной теплопередачи - это газоохлаждаемый реактор и расплавленный солевой реактор.

Наиболее удобный способ описания однофазной теплопередачи основан на эмпирическом подходе, при котором разность температур между стенкой и объемным потоком может быть получена из коэффициент теплопередачи. Коэффициент теплопередачи зависит от нескольких факторов: режима теплопередачи (например, внутренний или же внешний поток ), тип жидкости, геометрия системы, режим течения (например, ламинарный или же турбулентный поток ), граничное условие и т. д.

Примеры корреляций теплопередачи: Корреляция Диттуса-Боелтера (бурный принудительная конвекция ), Черчилль и Чу (естественная конвекция ).

Многофазный теплообмен

По сравнению с однофазной теплопередачей, теплопередача с фазовым переходом является эффективным способом теплопередачи. Как правило, он имеет высокое значение коэффициента теплопередачи из-за большого значения скрытая теплота фазового перехода с последующим индуцированным перемешиванием потока. Теплопередачи кипения и конденсации связаны с широким кругом явлений.

Кипение в бассейне

Бассейн кипит при застоявшейся жидкости. Его поведение хорошо характеризует Кривая кипения нукиямы,[3] который показывает соотношение между величиной перегрева поверхности и приложенным тепловым потоком на поверхности. При различной степени перегрева кривая складывается из естественной конвекции, начала пузырькового кипения, пузырьковое кипение, критический тепловой поток, переходное кипение и пленочное кипение. Каждый режим имеет различный механизм теплопередачи и различную корреляцию для коэффициента теплопередачи.

Кипячение в потоке

Поточное кипение - это кипение при текущей жидкости. По сравнению с кипением в бассейне теплопередача при кипении в потоке зависит от многих факторов, включая давление потока, массовый расход, тип жидкости, состояние на входе, материалы стенок, геометрию системы и приложенный тепловой поток. Характеристика кипения потока требует всестороннего учета условий эксплуатации.[4]

Критический тепловой поток

Коэффициент теплопередачи из-за пузырькового кипения увеличивается с перегревом стенок, пока не достигнет определенной точки. Когда прикладываемый тепловой поток превышает определенный предел, способность теплопередачи потока уменьшается или значительно падает. Обычно критический тепловой поток соответствует DNB в PWR и высыхание в BWR. Пониженный коэффициент теплопередачи, наблюдаемый после DNB или после высыхания, вероятно, приведет к повреждению поверхности кипения. Понимание точной точки и механизма запуска, связанного с критическим тепловым потоком, представляет интерес.

Пост-CHF Теплопередача

Для типа кризиса кипения DNB течение характеризуется ползанием паровой жидкости между жидкостью и стенкой. Помимо конвективной теплопередачи, радиационная теплопередача способствует теплопередаче. После высыхания режим потока меняется с обратного кольцевого на поток тумана.

Прочие явления

Представляют интерес и другие теплогидравлические явления:

Критический разряд

Ограничение противотока

Конденсация

Нестабильность потока

Повторное смачивание

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Акимото, Хадзиме; Анода, Йошинари; Такасе, Казуюки; Ёсида, Хироюки; Тамай, Хидесада (2016). Ядерная тепловая гидравлика. Продвинутый курс ядерной инженерии. 4. Дои:10.1007/978-4-431-55603-9. ISBN  978-4-431-55602-2. ISSN  2195-3708.
  2. ^ Нет, Хи Чхон (1989). 핵 기계 공학. Сеул: Корейское ядерное общество.
  3. ^ Нукияма, Сиро (декабрь 1966 г.). «Максимальные и минимальные значения тепла Q, передаваемого от металла кипящей воде при атмосферном давлении». Международный журнал тепломассообмена. 9 (12): 1419–1433. Дои:10.1016/0017-9310(66)90138-4. ISSN  0017-9310.
  4. ^ Э., Тодреас, Нил (2011). Ядерные системы, том I: теплогидравлические основы, второе издание. CRC Press. ISBN  9781439808887. OCLC  910553956.