Введение к работе
Актуальность работы. В исследованиях по проблеме безопасности АЭС особое место занимают тяжелые аварии При потере теплоносителя и разрушении активной зоны возможно накопление тепловыделяющего расплава на дне корпуса реактора В такой ситуации возникает задача сохранения целостности корпуса с целью предотвращения выхода радиоактивных материалов На сегодняшний день основными стратегиями по решению этой проблемы для водо-водяных реакторов корпусного типа средней и малой мощности являются внешнее охлаждение и затопление активной зоны водой При этом эффективность охлаждения определяется механизмом кипения на внешней поверхности корпуса реактора Во избежание возникновения кризиса кипения требуется знать локальное распределение потока тепла к поверхности, которое определяется свободной конвекцией тепловыделяющего расплава
При экспериментальном исследовании тяжелоаварийных процессов возникает ряд трудностей. Например, многие параметры задачи, такие как теп-лофизические свойства расплава, условия теплоотвода на границе, оказываются неопределенными Ввиду практической невозможности проведения эксперимента с тепловыделяющим расплавом в объемах, сопоставимых с размерами реакторных установок, используются модельные жидкости вода, фреон, расплавы солей, в которых объемное тепловыделение создается индукционными токами или Джоулевым нагревом При сохранении исходной геометрии добиться однородного распределения тепловыделения по объему крайне проблематично, поэтому в экспериментах часто использовалась полость в виде относительно тонкого плоскопараллельного слоя, рассматриваемого как осевой срез прототипного трехмерного объема (тн slice-геометрия) В любом случае остается открытым вопрос о степени соответствия полученных результатов прототипной ситуации
Прямое численное моделирование требует значительных временных затрат и вычислительных ресурсов Кроме того, ввиду существенного различия характерных пространственных масштабов, область высоких мощностей тепловыделения остается для него недоступной Для различных полуэмпирических моделей, упрощающих процесс расчета, характерна неоднозначность выбора параметров
Большая часть опубликованных теоретических работ посвящена интегральным характеристикам теплоотдачи, в то время как особенности распределения потока тепла через границу, влияние геометрии объема, граничных условий и геометрии распределения источника тепла на эффективность теплоотдачи, структура свободно-конвективных пограничных слоев исследованы недостаточно Поэтому исследование перечисленных аспектов теплопередачи в средах с внутренними источниками тепла является актуальным
Цель работы. Целью работы является анализ влияния геометрии объема и геометрии тепловыделения на распределение теплоотдачи жидкости с внутренними источниками тепла Основными задачами диссертации являются
1 Установление геометрических ограничений на экспериментальный ква-зи-двумерный (slice-) объем для достижения наилучшего соответствия трехмерному прототипу относительно распределения теплового потока по охлаждаемой границе
2. Сравнительный анализ количественных характеристик теплоотдачи в slice-геометрии и геометрии 3D- прототипа
3 Анализ влияния неоднородности распределения источников тепла на структуру конвекции и распределение теплоотдачи
Научная новизна работы. Автором впервые
-
Установлены геометрические критерии соответствия распределения теплоотдачи квази-двумерного объема трехмерному прототипу
-
При помощи расчетной модели, построенной на основе метода аналитических оценок, найдено количественное соответствие характеристик теплоотдачи квази-двумерного объема трехмерному прототипу при со-
v блюдении геометрических критериев
3 Аналитически исследована роль неоднородности распределения объем
ного источника тепла Определена возможность соответствия теплоот
дачи между случаями однородного и существенно неоднородного рас
пределения источников тепла
Практическая ценность работы. Результаты работы могут быть использованы при планировании экспериментов, интерпретации и обработке результатов имеющихся работ, а также в инженерных расчетах по моделированию процессов теплообмена при тяжелых авариях
Личный вклад автора. Соискателем лично проведены.
-
Аналитические оценки по выявлению критериев прототипности квазидвумерных экспериментальных моделей с внутренним и внешним подогревом
-
Численные расчеты свободной конвекции жидкости с внутренними источниками тепла в полусферической и slice- полостях в ламинарном режиме
-
Аналитические оценки и прямые численные расчеты характеристик теплоотдачи жидкости с неоднородным распределением источников тепла
Защищаемые положения. На защиту выносятся
-
Критерии прототипности квази-двумерных экспериментальных моделей при внутреннем (джоулевом) и внешнем (стеночным) способах подвода тепла
-
Аналитическое решение задачи о пограничном слое на теплоизолированной вертикальной стенке
3. Количественное соответствие характеристик теплоотдачи между полусферической полостью и ее квази-двумерным аналогом
4 Условия соответствия распределения теплоотдачи между случаями однородного и неоднородного распределения объемного источника тепла
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международной конференции «The Tenth International Topical Meetmg on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics» (NURETH-10, Сеул 2003), международном форуме «V Минский Международный Форум по Тепло- и Массообмену» (MIF-5, Минск 2004), национальной конференции «Третья Российская Национальная Конференция по Теплообмену» (РНКТ-3, Москва 2002), ежегодных школах-семинарах (конференциях) ИБРАЭ РАН (2000, 2001, 2002, 2003,2004,2005,2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы
