Пароводяной компенсатор давления

Описание

Блок описывает нестационарные теплогидравлические процессы в закрытом сосуде с наличием парового объема над уровнем жидкости и предназначен для моделирования различных теплообменных устройств в атомных и тепловых энергетических установках, например, парогенераторов, конденсаторов, смешивающих и поверхностных подогревателей и т.д.

Блок совместим только с двухфазными теплоносителями ("Вода" и табличные теплоносители на базе библиотеки "biphasic_lib.dll").

При описании нестационарного теплопереноса в пароводяном сосуде используются следующие допущения:

• Бак представлен в виде 2-х объемной структуры, содержащей: в 1-ой области жидкость (насыщенную или ненасыщенную) и пар (насыщенный); во 2-ой области пар (насыщенный или перегретый).
• Давление во всех точках сосуда считается одинаковым, но при расчете давления в точках подключения патрубков учитывается вес столба жидкости.
• Расчет парового и жидкостного объемов осуществляется в сосредоточенных параметрах.
• Пар в паровом объеме может быть перегретым и насыщенным, охлаждение насыщенного пара приводит к практически мгновенной его конденсации в паровом объеме; в жидкостном объеме пар может быть только насыщенным.
• Жидкость в жидкостном объеме может быть недогретой и на линии насыщения, перегрев жидкости на линии насыщения приводит к практически мгновенной генерации пара в жидкостном объеме; учитывается конденсация пара, поступающего в объем недогретой жидкости.
• Отсутствует захват пара жидкостью, поступающей в выходящие патрубки, расположенные под уровнем жидкости; в выходные патрубки, расположенные над уровнем жидкости, поступает чистый пар.
• Впрыскиваемая из спринклерного устройства жидкость практически мгновенно нагревается до температуры насыщения.
• Учитывается конденсация пара на зеркале жидкости, на стенке корпуса сосуда и на теплообменных устройствах в паровом объеме.

где G_fi, G_vi - расход жидкости ("fluid") и пара ("vapour") в i-м подключенном патрубке [кг/с];

G^spr - расход жидкости через спринклерное устройство [кг/с];

G₁₂ - расход пара из объема жидкости в паровой объем [кг/с];

G_gen, G_con - расход образования и конденсации пара в жидкостном объеме [кг/с];

Г^Н, Г^mir, Г^w, Г^vol, Г^d - интенсивность конденсации пара на нагревателях, зеркале жидкости, на стенке, в объеме пара и на струях впрыска соответственно [кг/с];

Q_H^f, Q_H^v - тепловой поток от нагревателей (трубных пучков и ТЭН), передаваемый к объему жидкости и пара соответственно [Вт];

Q_w^f, Q_w^v - тепловой поток от стенок, передаваемый к объему жидкости и пара соответственно [Вт];

h - физический уровень теплоносителя в сосуде [м];

h_pi - расстояние от дна сосуда до оси i-го подключенного патрубка [м].

К баку в виде дочерних объектов должны быть подключены один или более узлов (блоков типа Узел компенсатора), посредством которых бак подсоединяется к гидравлическому контуру (к каналам и трубам).

Бак может иметь подключение к тепловым структурам (стенкам бака или трубным пучкам). Для этого в свойствах блока необходимо установить количество 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.

Совместимые блоки

Соединение блока "Пароводяной компенсатор давления" с другими элементами гидравлической схемы происходит с помощью блока Узел компенсатора.

Математическая модель

Для учета неравновесных процессов вычисляются расходы объемной генерации G_gen и объемной конденсации Г^vol пара. Для общего случая, когда жидкость в 1-ой области перегрета выше H', а пар во 2-ой области недогрет до H'', используются следующие соотношения:

где φ – объемное паросодержание в 1-области;

ρ_v1 – плотность пара в 1-области [кг/м³];

∆t – шаг интегрирования модели бака [с].

Расчет интенсивности конденсации пара G_con в 1-ой области осуществляется по методике, предложенной применительно к конденсации насыщенного пара при его барботаже в объеме недогретой жидкости:

где τ_b – время всплытия пузырей, определяющееся с использованием модели потока дрейфа [с];

T_s – температура насыщения при давлении в баке [°С];

T_f1 – температура жидкости в 1-ой области [°С];

ρ'' – плотность пара на линии насыщения [кг/м³];

r – удельная теплота парообразования при давлении в баке [Дж/кг];

d_b – средний эквивалентный диаметр пузыря, который может существовать (не распадаясь) при барботаже в большом объеме жидкости [м];

α – коэффициент теплоотдачи между пузырем и жидкостью [Вт/(м²·К)].

Выход пара из 1-ой области во 2-ую G₁₂ также определяется с использованием модели потока дрейфа:

где c₁₂ – параметр распределения в модели потока дрейфа;

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

w_∞ – скорость всплытия одиночного пузыря [м/с];

Ψ – поправка на групповую скорость всплытия пузырей.

Расчет расходов конденсации на зеркале, струях впрыска, стенках бака, трубных пучках, ТЭН выполняется из условия теплового баланса:

где Q – мощность, затраченная на конденсацию пара [Вт];

G – расход конденсации пара [кг/с];

∆H – перепад энтальпии при конденсации [Дж/кг].

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 объемного 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)].

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

где ρ' – плотность жидкости на линии насыщения [кг/м³];

λ' – коэффициент теплопроводности жидкости на линии насыщения [Вт/(м·K)];

μ' – динамическая вязкость жидкости на линии насыщения [Па·с];

C_k – безразмерный коэффициент (4/3 - для вертикального пучка труб и стенок бака, 0.72 - для горизонтального пучка труб);

L – линейный размер, характеризующий поверхность теплообмена [м].

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

где q – тепловой поток к жидкости [Вт/м²];

P_mpa – давление теплоносителя в баке [МПа].

Входные порты

Выходные порты

Блок не имеет выходных портов.

Свойства

Параметры

Примеры

Литература

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