HS – Пароводяной компенсатор давления





Порты, Свойства, Параметры, Совместимые блоки, Математическая модель, Сопутствующие материалы
палитра схема

Описание

Блок теплогидравлики описывает нестационарные теплогидравлические процессы в закрытом сосуде с наличием парового объёма 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 теплоносителем типа "Вода".

В расчётной модели предусмотрено:

При описании нестационарного теплопереноса в пароводяном сосуде используются следующие допущения:

Рисунок: Расчётная схема пароводяного сосуда под давлением



где Gfi, Gvi - расход жидкости ("fluid") и пара ("vapour") в i-ом подключённом патрубке [кг/с];

Gspr - расход жидкости через спринклерное устройство [кг/с];

G12 - расход пара из объёма жидкости в паровой объём [кг/с];

Ggen, Gcon - расход образования и конденсации пара в водяном объёме [кг/с];

ГН, Гmir, Гw, Гvol, Гd - интенсивность конденсации пара на нагревателях, зеркале жидкости, на стенке, в объёме пара и на струях впрыска соответственно [кг/с];

QHf, QHv - тепловой поток от нагревателей (трубных пучков и ТЭН), передаваемый к объёму жидкости и пара соответственно [Вт];

Qwf, Qwv - тепловой поток от стенок, передаваемый к объёму жидкости и пара соответственно [Вт];

h - физический уровень теплоносителя в сосуде [м];

hpi - расстояние от дна сосуда до оси i-го подключённого патрубка [м].

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

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 ↑

  • HEAT1PORT - тепловой порт для подключения совместимых блоков
  • HEATPORT_BUNDLE - тепловой порт для подключения совместимых блоков

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 ↑

Название Имя Описание Способ расчёта
Объём бака, м³ V   Константа
Высотная отметка днища, м Z   Переменная
Тип геометрии бака Geom Характеризует профиль бака по высоте Константа
Внутренний диаметр, м Din   Константа
Зависимость уровня (м) от объёма жидкости (м³) L=f(V) L_V Двумерный массив формата: [[объёмы];[высоты]] Константа
Параметр распределения в модели потока дрейфа C12 Участвует в расчёте расхода пара из объёма жидкости в паровой объём Константа
Начальное давление, Па P0   Константа
Начальный недогрев жидкости до температуры насыщения, °С Tf_0   Константа
Начальный перегрев пара выше температуры насыщения, °С Tv_0   Константа
Начальная объёмная доля 1-й области V1_0   Константа
Начальное объёмное паросодержание Fi_0   Константа
Количество тепловых портов Nheatport_wall Количество тепловых портов для подключения цилиндрических стенок бака Константа
Количество элементов разбиения Nh Количество элементов разбиения стенки со стороны бака Константа
Длины элементов разбиения, м deltaH Длины элементов разбиения стенки со стороны бака Константа
Ручное задание коэф. теплоотдачи f_alfa_wall Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи со стенками бака Константа
Коэф. теплоотдачи над уровнем, Вт/(м²·К) alfa_g_wall Величины коэффициентов теплоотдачи со стенками бака над уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Коэф. теплоотдачи под уровнем, Вт/(м²·К) alfa_f_wall Величины коэффициентов теплоотдачи со стенками бака под уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем k_alfa_g_wall Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем k_alfa_f_wall Коэффициенты интенсификации теплообмена со стенками бака под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи со стенкой бака) Переменная
Количество тепловых портов Nheatport_tube_bundle Количество тепловых портов для подключения трубных пучков Константа
Нижняя высотная отметка (относительно днища бака), м Z_bot_tube_bundle Высотные отметки низа трубных пучков относительно днища бака Константа
Верхняя высотная отметка (относительно днища бака), м Z_top_tube_bundle Высотные отметки верха трубных пучков относительно днища бака Константа
Тип пучка (0-горизонтальный, 1-вертикальный) f_vert   Константа
Ручное задание коэф. теплоотдачи f_alfa_tb Флаги ручного задания коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками Константа
Коэф. теплоотдачи над уровнем, Вт/(м²·К) alfa_g_tb Величины коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками над уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Коэф. теплоотдачи под уровнем, Вт/(м²·К) alfa_f_tb Величины коэффициентов теплоотдачи с трубными пучками под уровнем теплоносителя (используется при выборе ручного задания коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Определяющий размер трубного пучка (для теплообмена), м de_tube_bundle Участвует в расчёте коэффициента теплоотдачи с трубным пучком (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Константа
Попр. множители для коэф. теплоотдачи над уровнем k_alfa_g_tb Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками над уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Попр. множители для коэф. теплоотдачи под уровнем k_alfa_f_tb Коэффициенты интенсификации теплообмена с трубными пучками под уровнем теплоносителя (используется при выборе программного расчёта коэффициента теплоотдачи с трубным пучком) Переменная
Постоянная времени сглаживания коэф. теплоотдачи, c t_alfa Постоянная времени, предназначенная для сглаживания резких изменений коэффициентов теплоотадчи Переменная
Коэф. теплоотдачи на зеркале, Вт/(м²·К) alfa_mir Коэффициент теплоотдачи, определяющий тепловой поток при конденсации пара из парового объёма на границе раздела жидкости и пара в баке Переменная
Концентрация пассивных примесей в 1-й области начальная, кг/кг c_passive_tracer_0   Константа
Концентрация пассивных примесей во 2-й области начальная, кг/кг c_passive_tracer_0_v   Константа
Коэффициент уноса пассивной примеси при испарении k12   Переменная
Коэффициент уноса пассивной примеси при конденсации k21   Переменная
Объёмный источник пассивной примеси в 1-й области, кг/(м³·с) Cv_source   Переменная
Объёмный источник пассивной примеси во 2-й области, кг/(м³·с) Cv_source_v   Переменная

Параметры наверх ↑

Название Имя Описание
Давление, Па _p  
Весовой уровень, м _l Уровень без учёта объёма, занимаемого паром в 1-ой области
Физический уровень, м _level Уровень границы раздела 1-ой и 2-ой областей бака
Объёмное паросодержание в 1-й области _fi  
Температура жидкости в 1-й области, °С _t_f1  
Температура пара в 1-й области, °С _t_v1  
Температура пара во 2-й области, °С _t_v2  
Суммарная мощность от теплообмена, Вт _Q_sum  
Энтальпия воды на линии насыщения, Дж/кг _Hfs  
Энтальпия пара на линии насыщения, Дж/кг _Hvs  
Объём 1-й области, м³ _vol1  
Масса жидкости в 1-й области, кг _m_f1  
Плотность жидкости в 1-й области, кг/м³ _r_f1  
Энтальпия жидкости в 1-й области, Дж/кг _h_f1  
Масса пара в 1-й области, кг _m_v1  
Плотность пара в 1-й области, кг/м³ _r_v1  
Энтальпия пара в 1-й области, Дж/кг _h_v1  
Массовое паросодержание в 1-й области _Xf  
Объём 2-й области, м³ _vol2  
Масса пара во 2-й области, кг _m_v2  
Плотность пара во 2-й области, кг/м³ _r_v2  
Энтальпия пара во 2-й области, Дж/кг _h_v2  
Массовое паросодержание во 2-й области _Xv  
Сумма расходов жидкости в/из 1-й области, кг/с _t_v2  
Сумма расходов пара в/из 1-й области, кг/с _sGv1  
Сумма расходов пара в/из 2-й области, кг/с _sGv2  
Расход жидкости, поступающей в 1-ю область, кг/с _Gf1  
Расход пара, поступающего в 1-ю область, кг/с _Gv1  
Расход пара, поступающего во 2-ю область, кг/с _Gv2  
Расход жидкости, поступающей через спринклеры в 1-ю область, кг/с _Gspr  
Расход пара из 1-й области во 2-ю, кг/с _G12  
Расход при конденсации на зеркале, кг/с _Gmir  
Расход при конденсации пара на струях впрыска, кг/с _Gd  
Расход при конденсации пара на стенках компенсатора, кг/с _Gw  
Расход при конденсации пара на трубных пучках, кг/с _G_tube_bundle  
Расход при конденсации пара на ТЭН, кг/с _G_ten  
Расход при конденсации пара в 1-й области, кг/с _Gcon  
Расход при генерации пара в 1-й области, кг/с _Ggen  
Расход при конденсации пара во 2-й области, кг/с _Gvol  
Мощность на стенках в 1-й области, Вт _Qwf1  
Мощность на стенках во 2-й области, Вт _Qwv2  
Мощность от нагревателей в 1-ю область, Вт _Qnf1  
Мощность от нагревателей во 2-ю область, Вт _Qnv2  
Мощность при конденсации на зеркале, Вт _Qmir  
Мощность при конденсации на струях впрыска, Вт _Qd  
Расходная мощность жидкости, поступающей в 1-ю область, Вт _GHf1  
Расходная мощность пара, поступающего в 1-ю область, Вт _GHv1  
Расходная мощность пара, поступающего во 2-ю область, Вт _GHv2  
Мощность от трубных пучков, Вт _Q_tb  
Мощность от стенок, Вт _Q_wall  
Мощность от ТЭН, Вт _Q_ten  
Производная dP/dt, Па/с _dPdt  
Производная dV1/dt, м³/c _dV1dt  
Производная dHf1/dt, Вт/кг _dHf1dt  
Производная dHv2/dt, Вт/кг _dHv2dt  
Производная dFi/dt, 1/c _dFidt  
Производная dMf1/dt, кг/с _dMf1dt  
Производная dMv1/dt, кг/с _dMv1dt  
Производная dMv2/dt, кг/с _dMv2dt  
Шаг интегрирования, с _step  
Концентрация пассивных примесей в 1-й области, кг/кг _c_passive_tracer  
Концентрация пассивных примесей во 2-й области, кг/кг _c_passive_tracer_v  

Совместимые блоки наверх ↑

При помощи тепловых связей блок может соединяться со следующими блоками:

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:

Математическая модель наверх ↑

Математическая модель блока представлена в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений относительно следующих переменных:

Уравнения имеют вид:

где H' – энтальпия воды на линии насыщения [Дж/кг];

H'' – энтальпия пара на линии насыщения [Дж/кг];

ΣGf1 – сумма расходов жидкости для 1-ой области (входящих и исходящих) [кг/с];

ΣGv1 – сумма расходов пара для 1-ой области (входящих и исходящих) [кг/с];

ΣGv2 – сумма расходов пара для 2-ой области (входящих и исходящих) [кг/с];

ΣGinf1 – сумма входящих расходов жидкости для 1-ой области [кг/с];

ΣGinv1 – сумма входящих расходов пара для 1-ой области [кг/с];

ΣGinv2 – сумма входящих расходов пара для 2-ой области [кг/с];

ΣGHinf1 – расход входящей с жидкостью в 1-ую область энергии [Вт];

ΣGHinv1 – расход входящей с паром в 1-ую область энергии [Вт];

ΣGHinv2 – расход входящей с паром во 2-ую область энергии [Вт];

M1 – масса теплоносителя в 1-ой области (Mf1+Mv1) [кг];

M2 – масса теплоносителя во 2-ой области (Mv2) [кг];

V1 – объём теплоносителя в 1-ой области (Vf1+Vv1) [м³];

V2 – объём теплоносителя во 2-ой области (Vv2) [м³];

vf1 – удельный объём воды в 1-ой области [м³/кг];

vv1 – удельный объём пара в 1-ой области [м³/кг];

vv2 – удельный объём пара во 2-ой области [м³/кг];

(dv/dH)f1 – производная удельного объёма по энтальпии при постоянном давлении воды в 1-ой области [м³/Дж];

(dv/dH)v2 – производная удельного объёма по энтальпии при постоянном давлении пара во 2-ой области [м³/Дж];

(dv/dP)f1 – производная удельного объёма по давлению при постоянной энтальпии воды в 1-ой области [м³/(кг⋅Па)];

(dv/dP)v1 – производная удельного объёма по давлению при постоянной энтальпии пара в 1-ой области [м³/(кг⋅Па)];

(dv/dP)v2 – производная удельного объёма по давлению при постоянной энтальпии пара во 2-ой области [м³/(кг⋅Па)];

ΣGCinf1 – расход входящей с жидкостью в 1-ую область i-ой примеси [кг/с];

ΣGCinv1 – расход входящей с паром в 1-ую область i-ой примеси [кг/с];

ΣGCinv2 – расход входящей с паром во 2-ую область i-ой примеси [кг/с];

k12 – коэффициент уноса i-ой пассивной примеси из 1-ой обасти во 2-ую при испарении [-];

k21 – коэффициент уноса i-ой пассивной примеси из 2-ой обалсти в 1-ую при конденсации [-];

Cv1 – объёмный источник i-ой пассивной примеси в 1-ой области [кг/(м³·с];

Cv2 – объёмный источник i-ой пассивной примеси во 2-ой области [кг/(м³·с];

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

Для замыкания системы уравнений вычисляются следующие величины:

Для учёта неравновесных процессов вычисляются расходы объёмной генерации Ggen и объёмной конденсации Гvol 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 – объёмное паросодержание в 1-области [-];

ρv1 – плотность пара в 1-области [кг/м³];

∆t – шаг интегрирования модели бака [с].

Расчёт интенсивности конденсации пара Gcon в 1-ой области осуществляется по методике, предложенной применительно к конденсации насыщенного пара при его барботаже в объёме недогретой жидкости:ы



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

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

Tf1 – 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];

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

α – коэффициент теплоотдачи между пузырём 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 [-];

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

w – скорость всплытия одиночного пузыря [м/с];

Ψ – поправка на групповую скорость всплытия пузырей [-].

Расчёт 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];

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

ν – кинематическая вязкость теплоносителя [м²/с];

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

Tw – 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 воды на линии насыщения [кг/м³];

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

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

Ck – 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 жидости в соответствии с [1]:



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

Pmpa – давление теплоносителя в баке [МПа].

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.