Интенсификация и моделирование теплообмена в энергодвигательных установках аппаратов для пилотируемой экспедиции на Марс

Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)

Кафедра Инженерной Теплофизики

Реферат по курсу: «Методы интенсификации теплообмена ».

На тему:

«Интенсификация и моделирование  теплообмена в энергодвигательных установках аппаратов для пилотируемой экспедиции на Марс ».

                                                     Группа:   ТФ-10-07.

                                                                  Студенты: Казаков  А.    

                                                                                      Свешников М.

                                                                                      Кондратьев А.

Преподаватель: Кузма-Кичта Ю.А.

Москва 2011

                                                 СОДЕРЖАНИЕ

     ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..2;

Глава1. Обзор известных исследований.

1.1Моделирование тепломассообмена в тепловыделяющей сборке

с шаровыми твелами при продольно- поперечном течении газа в космической ядерной энергетической установке;

 - Постановка задачи и система уравнений, описывающих

     течение в элементах ТВС……………………………………………...6;

    -Метод расчета………………………………………………………...11;

-Результаты расчета и

их сопоставление с опытными данными…………………………...16;

Список литературы………………………………………………...19;

1.2 Теплообмен в энергодвигательных установках аппаратов для

пилотируемой экспедиции на Марс;

-Энергодвигательные установки аппаратов

  пилотируемой экспедиции на Марс………………………………21;

1.3. Атомные космические установки с замкнутым машинным циклом;

-Реактор на основе продольно-радиальной схемы……………...………………………………………………………...30;

- Особенности шариковых твэлов………………………………………………………..............................34;

1.4. Расчетно-теоретическое обоснование работоспособности ТВС реакторов ЯРД…………………………………………………………..39

Список литературы………………………………………………………...50

 Глава 2. Расчет параметров ЯЭДУ.

-Математическое описание  характерных параметров ЯЭДУ………50;

-Постановка задачи……………………………………………………….50;

  -Математическое описание задачи……………………………………50;

  Результаты расчета………………………………………………............56;

   Выводы…………………………………………………………………62;

                                               ВВЕДЕНИЕ

«И на Марсе будут яблони цвести!» (из советской песни 60-х годов).

С ростом энергетических мощностей, увеличением производства теплотехнического оборудования все сильнее увеличиваются габаритные размеры, объёмы, масса применяемых теплообменных аппаратов (ТА). Поэтому создание более эффективных и компактных ТА, обеспечивающих значительную экономию энергии и металла, является актуальной проблемой. Наиболее перспективный путь решения этой проблемы - интенсификация теплообмена. 

Метод  интенсификации тепломассообмена, основанный на использовании кольцевых тепловыделяющих сборок (ТВС), представляющих собой конструкцию, состоящую из коаксиально расположенных пористых цилиндров, между которыми находятся шаровые твеллы, является весьма перспективным методом, поскольку позволяет обеспечить компактность ядерного реактора и сравнительно малые потери  давления при организации радиальной схемы течения  теплоносителя  [1.1.1-1.1.3]. Это особенно важно для ядерного реактора, предназначенного для энергетической установки  с турбомашинным преобразованием энергии космического аппарата с электрореактивной двигательной установкой. В ТВС с шаровыми твэлами имеет место течение , характерное  для конфузорных и диффузорных каналов, а газовый теплоноситель входит сначала в раздаточный коллектор (рис.1), проходит через слой шаровых твэлов и выходит из цилиндрического сборного коллектора, т.е. течение газа в этой ТВС происходит при сложном продольно-поперечном движении в элементах сборки. Процессы течения и тепломассообмена в таких ТВС слабо изучены , а в литературе изложены, в основном  методы упрощенного расчета коллекторных систем [1.1.4,1.1.5] при одномерном описании задачи, где рассматривается инженерная методика расчета гидравлических потерь в сборном и раздаточном коллекторах, основанная на опытных данных работы [1.1.6] и базирующаяся на решении одномерного уравнения движения жидкости с переменным расходом.

Однако  при этом для расчета распределения давления по длине коллекторов требуется предварительное задание профиля расхода теплоносителя по длине активной зоны через шаровую засыпку, поскольку связь распределений расхода и давления достигается изменением пористости перфорированных стенок или проходных сечений коллекторов. Такой подход не дает полной картины течения теплоносителя, поскольку в [1.1.4,1.1.5]  не учитывается двумерный  характер  течения, а также возникновение обратных токов и вихревых зон. Кроме того, в [1.1.4,1.1.5]  течение в шаровой засыпке рассматривается в радиальном направлении, в то время как в реальности наблюдается и продольная составляющая скорости, а для решения одномерных уравнений гидродинамики требуется использование численных эмпирических коэффициентов, характеризующих профили скорости в активной зоне реактора.