Введение к работе
Актуальноот, n^rf-new Надежность и безопасность ЯЭУ в значительной мере определяются тешюфизическими процессами, протекающими в активной зоне Иными словами, глубина исследований теплообмена, гидродинамики, структуры однофазного и двухфазного потоков непосредственно обуславливают эксплутацион-ную надежность и безопасность работы ядерных энергетических установок. Наиболее объективная информация о сложных теплофизи-ческих процессах может быть получена на основе экспериментальных данных, а с усложнением изучаемых объектов (особенно в случае активной зоны ЯЭУ) такой подход становится весьма дорогостоящим, либо вообще невозможен.
Чрезвычайная трудоемкость и сложность такого подхода требуют проведения систематических комплексных исследований в самом широком диапазоне изменения режимных и конструктивных параметров с обеспечением возможности математического моделирования сложных неравновесных процессов. Кропотливость предлагаемого пути и значительные затраты оправдываются перспективой разработки нового поколения высокофорсированного теплообменното оборудования (включая активную зону ЯЭУ), которое по надежности-и безопасности значительно превзойдет существующее. С другой стороны, наличие физических моделей сложных процессов позволит создать системы и средства контроля, диагностики и прогнозирования эксплуатационных и аварийных режимов работы реакторов, теплообменного оборудования и энергетических, установок в целом.
Работа выполнялась в соответствии с координационными планами Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика" на 1976-1980, 1981-1985, 1986-1999 тх. (разделы 1.9.1.2.4, 1.9.1.3.3, 1.9.1.5.8, 1.9.1.11.1.2, 1.9.1.11.3.2), целевой комплексной научно-технической программой ОД.001 "Создание новых и модернизация действующих энергоблоков с ядерными реакторами для производства электроэнергии, тепла и воспроизводства ядерного горючего" на 1986-1990 тт. (разд. О.Ц.001.17, 0.Ц.001.02.75, ОД.001.09.04, 0.Ц.001.08.05), Государственной (общеакадемической) программой фундаментальных исследований до 2000 г. "Коренное повышение
-4-эффективности энергетических систем" (разд. 1.1.6, 7.15), решениями Координационных советов по теплофизике ЯЭУ и но динамике ЯЭУ ГК АЭ СССР; а также в соответствии с Постановлениями ЦК КПСС и СМ СССР № 894-216 от 3.08.87, № 83 от 19.02.87, № 274 от 3.08.87, № 741-208 от 19.06.86, № 128 от 12.04Л6, № 1322 от 26.12.85, № 555 от 20.10.85, № 6 от а02Л2 г. и ГК СССР по науке и технике № 150 от 11.04.75 г., №274 от 3.08.87 т. и посвящена решению важнейших социальных и народнохозяйственных задач.
В настоящее время работа продолжается согласно Постановлениям ГКНТ Украины № 52 от 18.06.93 г. (проект 05.21.01/333-93), №39 от 5.03.94 г. (проекты 0551.01/10-94 и 05.21.01/22-94), Распоряжению Президиума НАЕ Украины № 8 от 3.12.90 г., а также по хоздоговорам с Госкоматомом Украины.
ц&т, ртЯртм состоит в глубоком теоретическом и экспериментальной исследовании заковориерностей кризиса теплоотдачи при кипении в условиях вынужденного движения в каналах различной конструкции в стационарных и нестационарных режимных условиях с целью разработки методов расчета критической плотности теплового потока и выходного паросодержания и поиска путей повышения надежности и безопасности эксплуатационных режимов работы водоахлаждаеиых ядерных реакторов.
ТТяучттяя новизна работы заключается в следующем:
1. На основе глубокого теоретического анализа мирового, более чем
сорокалетнего опыта исследований кризиса теплоотдачи при кипении, а также на основе анализа систематических исследований, выполненных автором, показано, что перспективы применения х состояние исследований определяют актуальность разработки основ теории кризиса теплоотдачи при кипении и характеризуют ее как перспективное научное направление.
2. Впервые, благодаря универсальности используемых стендов,
экспериментальных участков и методик, удалось выполнить
комплексное систематическое исследование кризиса теплоотдачи
при кипении в каналах в наиболее широком (в ряду последних
отечественных и зарубежных исследований) диапазоне изменения
конструктивных и режимных параметров в стационарных и
нестационарных условиях.
3. Впервые на основе единого подхода к анализу кризиса кипения в
условиях свободного и вынужденного течения, получены полуэмпирические расчетные зависимости, позволяющие с достаточной для практики точностью рассчитывать критическую плотность теплового потока и выходное паросодержание в трубах, кольцевых каналах с наружным, внутренним и двухсторонним обогревом и пучках стержней в диапазоне изменения определяющих параметров, характерном для энергетических и транспортных водоохлаждаемых ядерных реакторов и широкого круга высокофорсированных теплообмеяиых аппаратов.
4. Впервые теоретически обосновано и выполнено комплексное
систематическое исследование интенсификации теплообмена и повышения критической плотности теплового потока и выходного паросодержания в кольцевых каналах с внутренним, наружным и двухсторонним обогревом, в пучках стержней и трубах с различными турбулизируюпвши устройствами в виде нарезных, накатанных и вытравленных поперечных ыикроребер, проволочных навивок, продольных миногозаходных цельных и прерывистых дистанционирующих ребер, песочной шероховатости, и приварных мелкоячеистых сеток, расположенных на обогреваемых и необогреваемых поверхностях парогенерирующих каналоа
5. Впервые предложены эмпирические расчетные зависимости для
. прогнозирования возможного повышения критической плотности
теплового потока и выходного паросодержания в каналах с микрооребрением теллоотдающих или нетеплоотдающих поверхностей.
6. Исследования, выполненные в нестапиоонарных режимных
условиях, впервые показали возможность увеличения времени до
наступления кризиса в каналах с иятенсификаторами
теплосъема, когда перед нанесением возмущения существовал
дисперсно-кольцевой режим теченид
Научная и практическая петтеугь результатов работы состоит в разработке научных основ теории кризиса теплоотдачи при кипении в условиях свободного и вынужденного течения. Большой объем экспериментальных данных, полученных в наиболее широком (среди отечествеяных и зарубежных исследований ) диапазоне изменения
определяющих параметров, способствует развитию и корректировке существующих представлений о физике исследованных явлений и будет служить основой для разработки более совершенных физических моделей и расчетных рекомендаций для теплообмена и гидродинамики в парогенерирующих каналах. Полуэмпирические зависимости для расчета критической плотности теплового потока и выходного паросодержания широко используются и внедрены в Руководящие технические материалы РТМ 103.031.05-84 и в Методические указания РД (Руководящие документы) 24.035.05-89 "Тепловой и гидравлический расчет теплообменного оборудования АЭС".
Работа выполнялась в контакте (и при частичном финансировании) с такими организациями, как ИАЭ им. Курчатова, НИКИЭТ, ФЭИ, ОКБ ГП, ОКБМ (гГорысий), ВНИИ АЭС, ВНИИ AM и др., результаты работы внедрены в этих организациях, а также переданы в Центр теплофизических данных ГК АЭ Минатомэнерго РФ (ФЭИ), в банки данных НИКИЭТ и ИАЭ и используются для разработки новых методик тепдогидравлического расчета транспортных ЯЭУ, а также для верификации и идентификации расчетных програм.
Результаты комплексных экспериментальных исследований интенсификации теплообмена использрованы при разработке новых приоритетных отечественных транспортных ЯЭУ и имеют широкую перспективу использования в новых энергетических реакторах с целью повышения их мощности, экономичности, надежности и безопасности.
Следует отметить, что ИТТФ ПАЯ Украины обладает одной из лучших общепризнанных научных и экспериментальных шкод в области кипения, кризиса кипения и интенсификации теплообмена и был определен головным по п.1.1.6 "Теплообмен и гидродинамика в различных высокотемпературных энергетических (в т.ч. атомных) установках" и п.7.1.6 "Выполнение НИР по созданию технических средств и систем важных для безопасности АЭС* Государственной (общеакадемической) программы фундаментальных исследований на период до 2000 г. "Коренное повышение эффективности энергетических систем".
ДостоверЕОРть дплучрнных рюгудьтатой обеспечивается тщательной проработкой и постоянным совершенствованием методик исследования, использованием современного оборудования и изме-
-т-
рительной техники, постоянным обменом опытом с организациями, ведущими аналогичные исследования, автоматизацией эксперимента и обработки опытных дятр-пг, проведением большого количества тестовых экспериментов, сравнением полученных результатов с известными в том же диапазоне параметров. В 1981 г. ИТТФ АНУ был одной из десяти организаций бывшего СССР, участвовавшей в Контрольном эксперименте по кризису кипения в трубах, проводимом Координационным советом ш» теплофизике ЯЭУ ГК АЭ СССР. Тепло-гидравлические стенды ИТТФ были экспертированы девятью ведущими теплотехническими организациями СССР (ИАЭ, НИКИЭТ, ФЭИ, ИВТАН, ОКБМ, ВНИИ АЭС, ВТИ, НПО ЦКТИ, ИЯЭ АН БССР).
Личное участие. автора в получении, „ттаучнмх результатов. Работа выполнялась в 1965-1993 м. Автор начал свою работу с создания первых стендов и прошел путь от молодого специалиста до заведующего отделом. Работы вьшолнялись по инициативе и под руководством автора. На первых этапах научным руководителем и консультантом автора был академик АН Украины Толубивский ВЛ, светлой памяти которого и посвящена диссертация.
Непосредственное участие автора в получении научных результатов состояло в следующем:
руководство и участие в теоретической проработке поставленных задач;
руководство и участие в анализе полученных результатов и разработке расчетных рекомендаций;
внедрение полученных результатов и их обсуждение с представителями других научных школ в этой области;
руководство и участие в определении и подготовке материалов для публикаций, конференций, семинаров, совещаний и др.
Все работы по подготовке публикаций, представленных в соавторстве, вьшолнялись соискателем в форме равноправного партнерства. Соискатель был инициатором и равноправным соавтором всех публикаций, докладов и заявок на изобретения. Личный вклад соискателя в создание изобретений определен справками о творческом участии соавторов. Фамилии соавторов представлены в списке публикаций.
Апробапия работы, Основные результаты диссертационной
работы доложены и обсуждены на 6 международных, 12 всесоюзных, 4 республиканских и более, чем на 40 отраслевых конференциях и семинарах, в том числе с 1980 г. практически ежегодно результаты работы в виде докладов и сообщений докладывались на отраслевых семинарах Теплофизика ЯЭУ* (ФЭИ), "Динамика ЯЭУ" (ИАЭ), "Судовые установки" (г.Севастополь), "Теплофизические процессы в системах безопасности АЭС" (МЭИ) и др. Принципиальные аспекты работы докладывались на Секции тепломассообмена Научного совета АН СССР по комплексной проблеме "Теплофизика и теплоэнергетика", на заседаниях бюро Отделения физико-технических проблем энергетики АНУ, на заседаниях Научного совета АН СССР по волновой механике (преде, акад. АЛІАлександров), на научных семинарах в ИАЭ им. Курчатова, ВНИИ АЭС, ВНИИАМ, НПО ЦКТИ, ИЯЭ АН БССР. Некоторые положения работы использованы в ряде монографий и учебников.
Публикации. Материалы диссертационной работы изложены в 105 публикациях, в том числе - 10 авторских свидетельствах и 37 спецотчетах.
OfrbgM .пиіурртатртк. Диссертация состоит из 12 глав, условных обозна чешій и 176 рисунков, изложенных на 389 страницах, включая введение, анализ состояния вопроса и задачи исследования (первая и вторая главы), заключение м список литературных источников (406 наименований).
