RU2495347C1

RU2495347C1 - Method of heat pickup from surface of fuel elements

Info

Publication number: RU2495347C1
Application number: RU2012118079/06A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Алексеевич Болтенко; Александр Николаевич Варава; Александр Валентинович Захаренков; Александр Валентинович Ильин; Александр Тимофеевич Комов
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-10-10

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: in the method of heat pickup from the surface of fuel elements consisting in the fact that coolant is supplied to a heat-releasing surface of a heat-transmitting device and swirled, the coolant is additionally swirled relative to the axis lying at the angle to the longitudinal axis of the main swirled flow.

EFFECT: higher intensity of heat pickup due to reaction of vortices with a heat-releasing surface, which results in intense heat mass exchange between a flow core and a wall layer.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих устройствах, например, в ядерных энергетических установках.The invention relates to energy and can be used in heat generating devices, for example, in nuclear power plants.

Одним из путей повышения энергонапряженности реакторных установок (РУ) и различных теплопередающих устройств является использование средств интенсификации теплосъема. Использование средств интенсификации позволяет увеличить критический тепловой поток и, соответственно, критическую мощность реакторной установки (РУ) (запасы до кризиса теплоотдачи). Последнее позволяет также увеличить удельную мощность реакторной установки. Наиболее распространенные способы интенсификации теплосъема, используемые в ТВС - турбулизация и закрутка потока. (Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990 г. с.320-323).One of the ways to increase the energy intensity of reactor installations (RU) and various heat transfer devices is to use means of intensifying heat removal. The use of intensification means allows to increase the critical heat flux and, accordingly, the critical power of the reactor installation (RU) (reserves before the heat transfer crisis). The latter also allows increasing the specific power of the reactor installation. The most common methods of heat transfer intensification used in fuel assemblies are turbulization and flow swirl. (Kirillov P.L., Yuriev Yu.S., Bobkov V.P. Handbook of Thermohydraulic Calculations (nuclear reactors, heat exchangers, steam generators). M: Energoatomizdat, 1990, p. 320-323).

Недостаток способов интенсификации теплосъема с помощью турбулизации потока заключается в увеличении гидравлического сопротивления потоку теплоносителя.The disadvantage of ways to intensify heat removal using flow turbulization is to increase the hydraulic resistance to the flow of the coolant.

Наиболее близким по технической сущности и изобретению является способ теплосъема заключающийся в том, что теплоноситель подают на теплоотдающую поверхность теплопередающего устройства и закручивают его (Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп Н.Э., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. - М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 е.).The closest in technical essence and invention is a heat removal method consisting in the fact that the coolant is fed to the heat-transfer surface of the heat transfer device and twisted (Kalinin E.K., Dreitser G.A., Kopp N.E., Myakochin A.S. Effective heat transfer surfaces. - M.: Energoatomizdat, 1998. 408 e.).

Основной недостаток тепловыделяющих элементов такого типа заключается в низкой эффективности закручивающих устройств, установленных на выпуклой поверхности тепловыделяющих элементов.The main disadvantage of this type of fuel elements is the low efficiency of the swirling devices installed on the convex surface of the fuel elements.

В наших опытах установлено, что использование закрутки потока в парогенерирующих устройствах, в которых присутствуют выпуклые теплоотдающие поверхности, приводит к обратному эффекту - снижению критических тепловых потоков (КТП), преждевременному наступлению кризиса, входу канала в закризисные режимы и выходу из строя реакторной установки (РУ) (Болтенко Э.А. Кризис теплообмена в кольцевых каналах с закруткой потока // Теплоэнергетика, 2003, №1 I.e. 25-30.).In our experiments, it was established that the use of flow swirling in steam generating devices in which convex heat-transfer surfaces are present leads to the opposite effect - a decrease in critical heat fluxes (CTP), a premature onset of a crisis, channel entry into crisis modes and failure of a reactor installation (RU ) (Boltenko E.A. Crisis of heat transfer in annular channels with flow swirl // Thermal Engineering, 2003, No. 1 Ie 25-30.).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении интенсивности теплосъема.The technical result to which the invention is directed is to increase the intensity of heat removal.

Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что в способе теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов, заключающемся в том, что теплоноситель подают на теплоотдающую поверхность теплопередающего устройства и закручивают, при этом закрученный поток дополнительно закручивают относительно оси, лежащей под углом к продольной оси основного закрученного потока. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков происходит образование трехмерных вихрей, взаимодействующих с теплоотдающей поверхностью. Взаимодействие вихрей с теплоотдающей поверхностью приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенным слоем и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема.The achievement of the technical result is ensured by the fact that in the method of heat removal from the surface of the heat-generating elements, which consists in the fact that the coolant is supplied to the heat-transfer surface of the heat transfer device and twisted, while the swirling flow is additionally swirled relative to an axis lying at an angle to the longitudinal axis of the main swirling flow . Due to the interaction of the main and additional swirling flows, three-dimensional vortices are formed interacting with the heat-transfer surface. The interaction of vortices with a heat transfer surface leads to intense heat and mass transfer between the flow core and the wall layer and, accordingly, to an increase in the heat removal rate.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для осуществления способа теплосъема с поверхности теплопередающих элементов.The invention is illustrated by the drawing, which shows a device for implementing the method of heat removal from the surface of the heat transfer elements.

Устройство, осуществляющее способ содержит тепловыделяющие элементы 1 и 2, установленные концентрично друг относительно друга. Устройство включает в себя основное закручивающее устройство 3 и две теплоотдающие поверхности - выпуклую теплоотдающую поверхность 4 и вогнутую теплоотдающую поверхность 5. На выпуклой теплоотдающей поверхности 4 расположено основное закручивающее устройство 3, продольная ось 6 которого в данном случае совпадает с продольной осью устройства. Основное закручивающее устройство 3 выполнено в виде проволоки навитой на выпуклую теплоотдающую поверхность 4. Ось 7 дополнительного закручивающего устройства 8 расположена под некоторым углом к продольной оси 6 основного закручивающего устройства. Дополнительное закручивающее устройство 8 выполнено в виде проволоки навитой с некоторым шагом на основное закручивающее устройство 3.A device implementing the method comprises fuel elements 1 and 2 mounted concentrically relative to each other. The device includes a main swirling device 3 and two heat-releasing surfaces — a convex heat-releasing surface 4 and a concave heat-releasing surface 5. On the convex heat-releasing surface 4 there is a main swirling device 3, the longitudinal axis 6 of which in this case coincides with the longitudinal axis of the device. The main twisting device 3 is made in the form of a wire wound on a convex heat transfer surface 4. The axis 7 of the additional twisting device 8 is located at a certain angle to the longitudinal axis 6 of the main twisting device. Additional twisting device 8 is made in the form of a wire wound with a certain step on the main twisting device 3.

Способ теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов осуществляется следующим образом.The method of heat removal from the surface of the fuel elements is as follows.

Теплоноситель подают в кольцевую щель, образованную выпуклой 4 и вогнутой 5 теплоотдающими поверхностями. Далее теплоноситель закручивают основным закручивающим устройством 6. Закрученный поток взаимодействует с дополнительными закручивающими устройствами 8. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков, оси закрутки которых находятся под углом, образуются трехмерные вихри значительно меньшего масштаба, чем те, которые образуются за счет закрутки потока основными закручивающими устройствами.The coolant is fed into the annular gap formed by convex 4 and concave 5 heat-releasing surfaces. Next, the coolant is twisted by the main swirling device 6. The swirling flow interacts with additional swirling devices 8. Due to the interaction of the main and additional swirling flows, the swirl axes of which are at an angle, three-dimensional vortices of significantly smaller scale are formed than those that are formed due to swirling of the flow by the main swirling devices.

Взаимодействие вихрей приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенными слоями вблизи выпуклой и вогнутой теплоотдающими поверхностями и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема на выпуклой и вогнутой теплоотдающих поверхностях.The interaction of vortices leads to intense heat and mass transfer between the flow core and the wall layers near the convex and concave heat-releasing surfaces and, accordingly, to an increase in the heat removal intensity on convex and concave heat-releasing surfaces.

Экспериментальное исследование способа интенсификации теплосъема выполнено на кольцевом канале с внутренним тепловыделением, т.е. исследовался теплосъем на выпуклой теплоотдающей поверхности. Тепловыделение достигалось прямым пропусканием тока через стенку внутренней трубы. Исследования показали, что в кольцевом канале с закруткой теплоносителя коэффициенты теплоотдачи ниже, чем в гладком канале (выпуклая теплоотдающая поверхность). Коэффициенты теплоотдачи на выпуклой теплоотдающей поверхности при использовании закрученного и дополнительного закрученного потока выше коэффициентов теплоотдачи на гладкой теплоотдающей поверхности в два - три раза.An experimental study of the method of intensifying heat removal was performed on an annular channel with internal heat release, i.e. The heat removal on a convex heat-releasing surface was studied. Heat dissipation was achieved by direct transmission of current through the wall of the inner pipe. Studies have shown that in an annular channel with a coolant swirl, the heat transfer coefficients are lower than in a smooth channel (convex heat-transfer surface). The heat transfer coefficients on a convex heat transfer surface when using a swirling and additional swirling flow are two to three times higher than the heat transfer coefficients on a smooth heat transfer surface.

Таким образом, предлагаемый способ интенсификации теплосъема позволяет значительно повысить теплосъем на теплоотдающих поверхностях. Последнее достигается за счет взаимодействия закрученных потоков - основного и дополнительного. В предлагаемом способе основной закрученной поток дополнительно закручивают относительно оси, лежащей под углом к продольной оси основного закрученного потока. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков происходит образование трехмерных вихрей, взаимодействующих с теплоотдающей поверхностью. Взаимодействие вихрей с теплоотдающей поверхностью приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенным слоем и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема.Thus, the proposed method of intensification of heat removal can significantly increase heat removal on heat-transferring surfaces. The latter is achieved through the interaction of swirling flows - the primary and secondary. In the proposed method, the main swirling flow is additionally twisted relative to an axis lying at an angle to the longitudinal axis of the main swirling flow. Due to the interaction of the main and additional swirling flows, three-dimensional vortices are formed interacting with the heat-transfer surface. The interaction of vortices with a heat transfer surface leads to intense heat and mass transfer between the flow core and the wall layer and, accordingly, to an increase in the heat removal rate.

Claims

The method of heat removal from the surface of the fuel elements, which consists in the fact that the coolant is supplied to the heat transfer surface of the heat transfer device and twisted, characterized in that the coolant is additionally twisted relative to an axis lying at an angle to the longitudinal axis of the main swirling flow.