Термогидравлический модуль РАТЕГ: модели, методы решения, страница 6

              Плотности тепловых потоков зависят от температуры стенки, состояния теплоносителя и режима теплообмена. Карта режимов теплообмена, используемая в РАТЕГ04, приведена на Рис. 2.4. На Рис. 2.5 схематично изображена зависимость теплового потока от перегрева стенки. Схема выбора режимов теплообмена приведена на Рис. 2.6.

Рис. 2.4 Карта режимов теплообмена

Рис. 2.5 Кривая теплообмена

Рис. 2.6 Схема выбора режимов теплообмена

              Ниже приводятся соотношения, используемые при разных режимах теплообмена.

3.2.5.3.1 Конвекция в жидкости или паре (режимы 1,6)

              В данной версии кода конвективные режимы (вынужденная и естественная) описываются соотношениями для вынужденной конвекции:

             

             

              Коэффициенты теплоотдачи для турбулентного режима определяются соотношением Диттуса-Боелтера [ 12 , стр. 204]:

,                              (16)

( 2. 14 )

а для ламинарных – соотношением

              .

              Коэффициент 4.36 соответствует режиму с постоянным потоком [ 22 , стр.95].

              Тепловые потоки к фазам:

              .

3.2.5.3.2 Пузырьковое кипение в  состоянии насыщения (режим 3)

              При X_e > 0 и T_f > T_s кипение в состоянии насыщения.

              Пузырьковое кипение в состоянии насыщения описывается соотношением Чена:

              ;                               (17)

где

              ,           (18)

определяет вклад турбулентного движения пузырьков, а

                            (19)

определяет макроскопический вклад вынужденной конвекции. В формуле (18) [ 14 ]

             

             

             

              ,

              ,

              .

3.2.5.3.3 Пузырьковое кипение недогретой жидкости (режим 2)

              При недогретом кипении тепловой поток определяется по модифицированному соотношению Чена, которое отличается от (17) тем, что ∆T_ws заменяется на ∆T_wf и в выражении (19) полагается. F = F_sbc

             

              Полагается, что при пузырьковом кипении

             

             

             

             

             

              T^* = min(T^*, T_sv - 2).

3.2.5.3.4 Критический тепловой поток

              Существует два основных механизма кризиса теплоотдачи в нестационарных течениях [ 20, стр.217], [ 21, стр.70]: переход пузырькового кипения в пленочное и испарение пленки жидкости в дисперсно-кольцевом течении. В РАТЕГ в случае больших массовых скоростей (G>2000) для определения критического теплового потока используется соотношение Сю-Бекнера [ 20, стр.220], справедливое для обоих механизмов.

              ,

где ,

а q_w-3,x=0 = 3.013×(2.1942×10⁶ - 0.0766P) × (1.037 + 1.095×10^-4G)´(0.2664 + 0.8357×exp(-124D)) - известное соотношение для перехода пузырькового кипения в пленочное при Х=0.

              В случае низких массовых скоростей для определения критического теплового потока используется соотношение Зубера-Гриффитса [ 20, стр.220], модифицированное для учета недогрева воды в соответствии с [ 23, стр.25, формула 12]:

,

где  - поправочный коэффициент, учитывающий недогрев воды.

              Это соотношение пригодно для кипения в больших объемах.

3.2.5.3.5 Минимальная температура пленочного кипения

              Для определения минимальной температуры пленочного кипения выбрано соотношение Мюрао (Murao) [ 23, формулы 2,3]:

              ,

где максимальный перегрев воды определяется соотношением T_ms = 594.2 + 2.417x10^-6P.

3.2.5.3.6 Пленочное кипение (режим 5)

              Теплоперенос к воде при пленочном кипении описывается соотношением:

              ,

              .

              В этом соотношении коэффициент теплоотдачи за счет пленочного кипения определяется формулой Бромли (Bromley) [ 23, формула 19] с модификацией, учитывающей недогрев теплоносителя:

              ,

где ,

              Коэффициент, учитывающий недогрев воды:

              ,

где .

              Коэффициент теплопередачи за счет излучения:

              , .

              Тепловой поток к пару:

             

             

             

              Где коэффициент теплоотдачи при турбулентном режиме определяется по соотношению Дугалла-Розенау:

              ,

а при ламинарном – по соотношению

              .

3.2.5.3.7 Переходное кипение (режим 4)

              В области переходного кипения T_CHF < T_W < T_min кривая теплоотдачи получается интерполяцией значений (T_CHF, q_CHF) и (T_min, q_min). Величина T_CHF находится из решения уравнения q_CHF = q_NBS.

              Тепловой поток интерполируется функцией . Значения коэффициентов определяются так, чтобы, во-первых, точка максимума функции совпадала с точкой кризиса теплообмена, во-вторых, минимальная температура пленочного кипения (T_min, q_min) принадлежала кривой, то есть

              .

              Решая систему, получим

              .

              Отсюда, окончательное выражение для вычисления потока в области переходного кипения (T_CHF < T_W < T_min) имеет вид:

              .

              Далее

              ,

              .

3.2.5.3.8 Конденсация (режим 7)

              Коэффициент теплообмена при конденсации (в вертикальных и горизонтальных трубах) определяется из соотношения:

              .

              Коэффициент теплоотдачи для ламинарной конденсации [ 25 ]:

              ,

где первый член термическое сопротивление пленки, а второй - соотношение Нуссельта для ламинарной конденсации. Значение коэффициента κ зависит от ориентации канала:

              .

              Характерный размер l_ch для вертикального канала представляет собой высоту участка, на котором происходит конденсация, а для горизонтального канала это гидравлический диаметр. В данной версии программы высота участка конденсации полагается равной 1 м. То есть:

              .