На рисунке 8 представлено расположение сечения пучка теплообменных труб, в котором далее будут представлены поля относительного статического давления и скорости движения теплоносителя. На рисунке 9 изображена расчетная сетка первой модели в поперечном сечении трубного пучка. Значение пористости составляет ц = 0,33. На рисунке 10 изображена расчетная сетка второй модели также в поперечном сечении трубного пучка. Значение пористости составляет ц = 1.
Рис. 8 Расположение сечения пучка теплообменных трубок
Рис. 9 Расчетная сетка в поперечном сечении трубного пучка (теплообменная поверхность представлена в виде блоков теплообменных труб)
Рис. 10 Расчетная сетка в поперечном сечении трубного пучка (теплообменная поверхность представлена индивидуально каждой трубкой)
4. Результаты расчета
С помощью разработанных трехмерных моделей получены поля давления и скорости движения теплоносителя в проточной части первого контура парогенератора. Для первой модели проведены два варианта расчета. В первом варианте применялась схема дискретизации первого порядка типа UD, а во втором - второго порядка типа MARS. Для второй модели выполнен расчет с использованием схемы дискретизации первого порядка типа UD. Расход теплоносителя составляет 21500 м3/ч при температуре 315 С.
На рисунках 11 - 16 изображены поля давления и скорости движения теплоносителя в поперечном сечении A-A трубного пучка, показанном на рисунке 8. Результаты расчетов, которые представлены на рисунках 11 - 14, относятся к первой модели, а на рисунках 15 и 16 ко второй модели.
Рис. 11 Поле относительного статического давления теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа UD)
Рис. 12 Поле скорости движения теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа UD)
Рис. 13 Поле относительного статического давления теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа MARS)
Рис. 14 Поле скорости движения теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа MARS)
Перепад статического давления между входом в подводящий коллектор и выходом выходного коллектора составил около 0,14 МПа. Максимальная скорость теплоносителя наблюдается в трубках, которые находятся непосредственно в начале перфорированной части (по ходу потока) входного коллектора. При этом для нахождения истинной скорости теплоносителя в теплообменной трубке необходимо указанную на рисунках 12 и 14 скорость фильтрации разделить на пористость, которая составляет ц = 0,33. Тогда максимальная скорость движения теплоносителя в теплообменной трубке будет равна 5,03 м/с, а минимальная - 3,26 м/с. Минимальная скорость движения теплоносителя наблюдается в трубках с наибольшим гидравлическим сопротивлением. В данном случае это теплообменные трубки наибольшей длины.
На рисунках 15 и 16 изображено распределение относительного статического давления и скорости фильтрации теплоносителя в теплообменных трубках для схемы дискретизации первого порядка типа UD. На рисунке 16 приведена истинная скорость движения теплоносителя, так как пористость в данной модели составляет единицу. Максимальная скорость движения теплоносителя в теплообменной трубке составила 4,80 м/с, а минимальная - 3,32 м/с. Отношение этих скоростей равно 1.45, что соответствует максимальному отношению расходов по теплообменным трубкам.
Расхождение между максимальными значениями скорости движения теплоносителя в теплообменной трубке, полученное по двум моделям, составляет около 5 %.
На последующих этапах выполнения работы предполагается использовать разработанные модели для задачи осаждения аэрозолей в трубном пучке. Для этого часть теплообменных трубок, представленных моделью пористого тела, на сколько позволят имеющиеся в нашем распоряжении вычислительные ресурсы, будет заменена трехмерной сеткой. В анализе будут рассматриваться две модели взаимодействия газового потока с капельками жидкой фазы и стенками проточного тракта. Это имеющаяся в трехмерном коде и диффузионно-инерционная модель разработки ИБРАЭ, которую предполагается подключить к STAR-CD.
Рис. 15 Поле относительного статического давления теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа UD)
Рис. 16 Поле скорости движения теплоносителя в трубном пучке (схема дискретизации типа UD)
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. С целью исследования гидродинамики проточной части первого контура парогенератора разработана натурная трехмерная модель, включающая подводящий и отводящий коллекторы с блоками теплообменных трубок размером 2,5 миллиона контрольных объемов. Теплообменные трубки заменены моделью одномерного пористого тела и объединены в 738 блоков.
2. Разработана трехмерная модель проточной части первого контура парогенератора, в которой каждая примерно из 11000 теплообменных трубок представлена индивидуально моделью одномерного пористого тела. Размер расчетной сетки составил 3,5 миллиона контрольных объемов.
3. В результате численных экспериментов получены трехмерные поля давления и скорости движения теплоносителя в проточной части первого контура парогенератора при номинальном режиме эксплуатации реакторной установки. Максимальная скорость теплоносителя в теплообменных трубках составляет 5,03 м/с, а минимальная - 3,26 м/с.
4. Созданная трехмерная модель и методика расчета может использоваться при обосновании проектных решений и анализе проектных и запроектных аварий АЭС с реакторами типа ВВЭР.
Список литературы
1. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. Машиностроение, 1975.