HS – Газовый компенсатор давления

Описание

Блок представляет собой модель герметичного (закрытого) бака, заполненного неконденсирующимся и нерастворяющимся в теплоносителе инертным газом. Газ заполняет весь свободный объём бака над уровнем теплоносителя. Главной особенностью бака является возможность подключения газового контура. Таким образом, к баку могут быть одновременно подключены 2 гидравлических конутра: жидкостный и газовый.

Жидкость и газ, находящиеся в баке, могут совершать работу и обмениваться теплом как друг с другом, так и с тепловыми структурами.

В начальный момент времени задаётся начальное давление газа и начальный уровень теплоносителя. В процессе расчёта давление газа определяется по уравнению состояния. Давление жидкости считается равным давлению газа во всех случаях, кроме случая полного заполнения бака жидкостью.

К баку в виде дочерних объектов должны быть подключены два или более узлов (блоков типа HS – Узел компенсатора), посредством которых бак подсоединяется к гидравлическим контурам (к каналам и трубам). Свойство блока HS – Узел компенсатора Тип подключения (для газового компенсатора) определяет, к какому контуру подключён узел бака (жидкостному или газовому). При этом на расчётной схеме по умолчанию узлы, относящиеся к газовому контуру, окрашены в жёлтый цвет.

Математическая модель бака представляет собой модель типа "камера смешения". Расчёт жидкостного и газового объёмов осуществляется в сосредоточенных параметрах.

Физический объект, соответствующий блоку: герметичный бак (с закрытым верхом) со свободным уровнем теплоносителя, заполненный заданным инертным газом над уровнем теплоносителя.

Свойство Тип геометрии бака задаёт способ вычисления текущего уровня теплоносителя в баке в зависимости от объёма теплоносителя и объёма бака. Свойство Зависимость уровня (м) от объёма жидкости (м³) L=f(V) характеризует профиль бака по высоте для произвольного типа геометрии. В остальных случаях профиль бака по высоте определяется свойством Внутренний диаметр, м.

Бак может иметь подключение к тепловым структурам (стенкам бака или трубным пучкам). Для этого в свойствах блока необходимо установить количестиво подключаемых тепловых структур и на схеме связать нужные объекты тепловыми связями. При работе с цилиндрическими стенками бака предполагается, что ось симметрии стенки совпадает с осью симметрии бака. Трубные пучки, связанные с баком, в свою очередь, могут иметь как горизонтальное, так и вертикальное расположение.

Порты наверх ↑

При помощи свойства Количество тепловых портов (Nheatport_wall) возможно задание произвольного количества тепловых связей для подключения цилиндрических стенок бака.

При помощи свойства Количество тепловых портов (Nheatport_tube_bundle) возможно задание произвольного количества тепловых связей для подключения трубных пучков.

Свойства наверх ↑

Параметры наверх ↑

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи тепловых связей блок может соединяться со следующими блоками:

• HS – Тонкая стенка тип 1
• HS – Цилиндрическая толстая стенка
• HS – Цилиндрическая толстая стенка с излучением
• HS – Двухслойная цилиндрическая толстая стенка
• HS – Многослойная толстая стенка
• HS – Заданный тепловой поток на стенке
• HS – Стенка с заданной температурой

Соединение блока с другими элементами гидравлической схемы происходит с помощью блока HS – Узел компенсатора.

В качестве дочерних элементов на блок могут быть установлены следующие блоки библиотеки:

• HS – Узел компенсатора
• HS – ТЭН

Математическая модель наверх ↑

В процессе моделирования на каждом расчётном шаге решаются следующие уравнения:

• для объёма жидкости в баке:

  

• для энтальпии жидкости в баке:

  

• для массы газа в баке:

  

• для энтальпии газа в баке:

  

• для давления газа в баке:

  

• для давления жидкости в баке:

  

• для концентрации i-ой пассивной примеси в объёме жидкости:

  

• для концентрации i-ой пассивной примеси в объёме газа:

  

где V_G – объём газа [м³];

v_F – удельный объём жидкости [м³/кг];

v_G – удельный объём газа [м³/кг];

ρ_F – плотность жидкости [кг/м³];

ΣG_inF – сумма входящих в бак расходов жидкости [кг/с];

ΣG_ouF – сумма выходящих из бака расходов жидкости [кг/с];

ΣG_inG – сумма входящих в бак расходов газа [кг/с];

ΣG_ouG – сумма выходящих из бака расходов газа [кг/с];

ΣGH_inF – расход входящей с жидкостью в бак энергии [Вт];

ΣGH_inG – расход входящей с газом в бак энергии [Вт];

Q_wallF – суммарная мощность от теплообмена со стенками к жидкости [Вт];

Q_TBF – суммарная мощность от теплообмена с трубными пучками к жидкости [Вт];

Q_TENF – суммарная мощность от теплообмена с ТЭН к жидкости [Вт];

Q_wallG – суммарная мощность от теплообмена со стенками к газу [Вт];

Q_TBG – суммарная мощность от теплообмена с трубными пучками к газу [Вт];

Q_TENG – суммарная мощность от теплообмена с ТЭН к газу [Вт];

Q_FG – тепловой поток от жидкости к газу [Вт];

α_FG – коэффициент теплоотдачи между жидкостью и газом [Вт/(м²·K)];

F – площадь зеркала жидкости на границе раздела областей [м²];

T_F – температура жидкости [K];

T_G – температура газа [K];

A_FG – работа, совершаемая жидкостью над газом [Вт];

R_G – универсальная газовая постоянная [Дж/(моль·К)];

M_MG – молярная масса газа [кг/моль];

τ – постоянная времени апериодического звена 1-го порядка при вычислении давления жидкости (τ=0.1) [с];

β_F – коэффициент сжимаемости жидкости [1/Па];

V_MING – минимально возможный ("мёртвый") объём газа в баке [м³];

C_F – концентрация i-ой пассивной примеси в объёме жидкости [кг/кг];

ΣGC_inF – расход входящей с жидкостью в бак i-ой примеси [кг/с];

C_vF – источник i-ой примеси в объёме жидкости [кг/(м³·с)];

C_G – концентрация i-ой пассивной примеси в объёме газа [кг/кг];

ΣGC_inG – расход входящей с газом в бак i-ой примеси [кг/с];

C_vG – источник i-ой примеси в объёме газа [кг/(м³·с)];

λ – постоянная распада i-ой примеси [1/с].

Коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенкам и трубным пучкам рассчитываются для случая естественной конвекции в соответствии с [1]:

где Gr – число Грасгофа [-];

α – коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке или трубному пучку [Вт/(м²·K)];

g – ускорение свободного падения на поверхности Земли [м/с²];

D_e – определяющий характерный линейный размер поверхности теплообмена [м];

ν – кинематическая вязкость теплоносителя [м²/с];

β – коэффициент объёмного теплового расширения [1/K];

T_w – температура поверхности теплообмена [°C];

T – температура теплоносителя [°C];

Pr – число Прандтля теплоносителя [-];

λ – коэффициент теплопроводности теплоносителя [Вт/(м·K)].

Сопутствующие материалы наверх ↑

1. П.Л.Кириллов, Ю.С.Юрьев, В.П.Бобков "Справочник по теплогидравлическим расчётам (Ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы)". - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 360 с.