Гидродинамические процессы в ПГ. Потери давления при движении однофазного теплоносителя

Основные вопросы
Задачи гидродинамики ПГ АЭС
Определяющие факторы
Общая схема расчета потерь давления
Потери давления при движении однофазной среды

Задачи и вопросы гидродинамики
ПГ АЭС
Эксплуатационная надежность ПГ АЭС во многом связана с гидродинамическими процессами теплоносителей и рабочих тел.
Нет таких ПГ, где не использовалось бы движение жидкостей или газов для транспортировки и передачи тепловой энергии от теплоносителя к рабочему телу.
Гидродинамические процессы определяют уровень и стабильность температурного поля в узлах и деталях ПГ. Этими же процессами обусловлено появление вибраций, эрозионных разрушений, кавитационных явлений, силовых воздействий на элементы конструкций ПГ и т.д.
.

Задачи и вопросы гидродинамики
ПГ АЭС
Основная задача – определение потерь давления при движении среды (при заданном расходе, с учетом параметров, при выбранных конструктивных размерах).
Дополнительные вопросы:
расчет распределения расходов и скоростей среды;
обеспечение теплогидравлической устойчивости течения и др.

Главный определяющий фактор
Структура потока (режим движения):
для однофазной среды - турбулентное и ламинарное течение (аналитические и эм-пирические зависимости;
для двухфазной среды – режимы (не менее 5-8) течения (эмпирические зависимости)

Общая схема расчета потерь давления
Полное сопротивление по отдельным участкам каждого тракта ПГ (теплоноситель, раб. тело) определяется по схеме

Общая схема расчета потерь давления
Любое слагаемое формулы (1) можно представить как

Гидравлическое Сопротивление поверхности теплообмена (труб, каналов, продольно омываемых пучков труб)

Сопротивление поверхности теплообмена (при поперечном омывании пучков труб)

Потери давления в однофазном потоке

Алгоритм выбора формулы для расчета потерь давления в однофазном потоке

Выбор оптимальной скорости
Факторы, ограничивающие максимальную скорость:
увеличение гидравлических потерь (рост затрат энергии на обеспечение циркуляции);
эрозионный износ;
- возникновения вибрации
Факторы, ограничивающие минимальную скорость:
ухудшение теплоотдачи;
опасность появление застойных зон;
нарушение ЕЦ

Выбор оптимальной скорости
Рекомендуемая скорость пара:
высокого (выше 9 МПа) давления 10…20 м/с;
среднего (до 9 МПа) давления 20…30 м/с
Рекомендуемая скорость теплоносителя:
водяного 2…5 м/с ;
ЖМТ 1..3 м/с
Рекомендуемая скорость рабочего тела (воды):
при вынужденном движении 2…5 м/с;
при естественной циркуляции 0,5…1,2

Потери на трение
Общее выражение

Коэффициенты (сопротивления) трения
Круглые трубы, турбулентный режим. Ф-ла Альтшуля
Данные о эквивалентной шероховатости ∆:
нержавеющая сталь…1∙10-5 м;
углеродистая сталь….8∙10-5 м, (новые трубы);
углеродистая сталь….2∙10-4 м , (трубы с незнач. коррозией);

Коэффициенты трения
квадратная упаковка
Пучки круглых стержней
треугольная упаковка

Потери на местных сопротивлениях
Общее выражение

Коэффициенты местных сопротивлений

Потери давления в поперечно омываемых пучках труб
Для шахматных пучков
Для коридорных пучков
ПРИМЕЧАНИЕ. В поперечно омываемых пучках находят суммарное гидравлическое сопротивление.
Общее выражение

Потери давления на ускорение потока
Пример.
Pпв=13 МПа; tпв=200 oC; ρпв=690 кг/м3
Pп=13 МПа; tп=500 oC; ρп=40,8 кг/м3

Нивелирный перепад давления

Мощность нагнетателя