Введение к работе
стуальность работы. В настоящее время в различных облас-
тях науки и техники создаются сверхпроводниковые устройства с циркуляционным охлаждением обмоток жидким гелием. В частности, в СССР ведется проектирование и изготовление ускорителя с. энергией частиц на 3 ТЭВ (УНК-3000), длина канала охлаждения которого около 20 км, а масса около 12000 т. За рубежом создаются ускорители на 20 ТЭВ (США) с каналом охлаждения длиной около 100 км, ведется проектирование международного термоядерного реактора, создается ряд ускорителей на меньшую энергию. Все эти установки используют жидкий гежй, принудительно циркулирующий по каналам охлаждения. Регламентами работы сверхпроводниковых устройств предусмотрены режимы охлаждения магнитов циркулирующим гелием и эвакуация его при аварийных ситуациях, связанных со значительными мгновенными тепловыделениями. Практика показала, что при захолаживании "длинных" каналов жидким азотом наблюдаются колебания давления в канале с обратным выбросом криоа-гента, а при захолаживании гелием - резкое увеличение времени вахолаживания, а в некоторых случаях, полное прекращение захо-лаживания.
Цель работы. Целью работы является создание физико-математической модели процесса захолаживания протяженных трубопроводов жидкими криоагентами, создание и проверка методики расчета переходного процесса на основе теоретических и экспериментальных работ, а также анализ процесса в реальных криогенных установках.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана физико-математическая модель процесса захо
лаживания канала двухфазным криоагентом, отличающаяся тем, что
позволяет полностью рассчитьвать переходный процесс (амплитуду
и частоту колебаний температуры и. давления потока, длительность
процесса) при различных граничных условиях на входе с учетом
возвратно-поступательного движения криоагента, теплоемкости
стенки и внешнего теплопритока;
. - впервые получены экспериментальные результаты по захода--живанию длинных каналов жидким гелием;
- теоретически и экспериментально установлен ряд особен-
- 4 -ностей переходного процесса (колебание температуры и расхода
криоагента во время всего переходного процесса захолаживания; немонотонная зависимость первого пика давления от длины трубопровода и- др.);
- показано, что при захолаживании жидким гелием параметры
переходного процесса обусловлены теплообменом и гидродинамикой
участка потока с дисперсно-кольцевым режимом течения;
- впервые теоретически и экспериментально обнаружено силь
ное влияние внешнего теплопритока на захолаживание канала жид
ким гелием; показано, что при определенных сочетаниях внешнего
теплопритока и пропускной способности канала в потоке могут
возникнуть автоколебания температуры и расхода, при которых
процесс прекращается.
- показано, что автоколебания потока вызваны теплогидрав-
лической неустойчивостью."в большом", а неустойчивость "в ма
лом" может служить достаточным условием их возникновения.
Практическая ценность. Разработана программа расчета процесса захолаживания протяженных трубопроводов двухфазными кри-оагентами для неадиабатных условий, которая может быть использована в составе комплексного расчета криогенного оборудования. Проанализирован-весь спектр влияния режимных и конструкционных параметров напереходный процесс. Представлены рекомендации для устранения нежелательных эффектов при проведении захолаживания.
Внедрение. Результаты работы использованы при разработке систем охлаждения установок*Т0КАМАК-15, УНК-3000. Проведен анализ режимов захолаживания азотных экранов и гелиевого коллектора установки УНК-3000. Проанализированы пики давления, возникающие при захолаживании азотом, и время переходного процесса захолаживания азотом и гелием.
Апробация работы. Основные результаты настоящего исследования опубликованы в 7 печатных работах и докладывались на 4-й Всесоюзной научно-технической конференции по криогенной технике ("Криогеника-87"); всесоюзных семинарах "Научно-технические проблемы криогенной техники и кондиционирования"; "Двухфазные потоки в тепловом оборудовании атомных электростанций", "Динамика теплофизических процессов в элементах энергетических аппаратов", а также на 10-й научно -
технической конференции молодых ученых и специалистов НЮ "Криогенмаш".
Структура и объем работы. Диссертация состоит из.6 разделов и выводов, изложенных на 149 с. машинописного текста, включая 43 рисунка, 2 таблицы и список использованной литературы.