Влияние закрутки потока на теплообмен и гидродинамику в элементах термоядерных установок

НИУ МЭИ

Кафедра Инженерной Теплофизики

РЕФЕРАТ

по курсу:

Методы интенсификации теплообмена

Тема: «Влияние закрутки потока на теплообмен и гидродинамику в элементах термоядерных установок »

Преподаватель:   Кузма-Кичта Ю.А.

Группа:   ТФ-10-07

Студенты:    Старшинова Е.А.

Ширшов  Д.А.

МОСКВА

2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………….3

Глава 1. Сравнение интенсификаторов теплоотдачи

Обобщенные данные по теплообмену и сопротивлению профилированных каналов теплообменников………………….….5

Глава 2. Гидравлическое сопротивление гладких и шероховатых труб со вставленной скрученной лентой…………………...…………………...11

Гидравлическое сопротивление шероховатой прямой трубы…..15

Гидравлическое сопротивление шероховатой трубы со вставленной скрученной лентой……………………..………………17

Глава 3. Влияние закрутки потока на тепломассообмен в условиях солеотложений в витых трубах……………………………..………………20

Теоретическая модель солеотложений……………………..……..21

 Результаты исследований и их обсуждение………….…………..24

Глава 4. Обобщение экспериментальных данных по критическим тепловым нагрузкам при закрутке потока…………..……………..………29

Список литературы……………………………………………………..38

Приложение 1………………………..………………………………….39

Приложение 2………………………..………………………………….42

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в связи с развитием тепловой и ядерной энергетики, исследованиями по созданию термоядерных реакторов; охлаждению зеркал мощных лазеров, а также сопел и обтекателей авиационных и космических аппаратов и т. д. резко возросла потребность в разработке надежных теплообменных аппаратов, работающих в чрезвычайно напряженных условиях. Так в диверторных пластинах термоядерных установок при одностороннем нагреве тепловые нагрузки могут достигать 100 - 120 МВт/м² и стоит задача отвести их при возможно меньших скоростях и давлениях. Анализ различных режимов теплосъема показывает, что кипение  теплоносителя, недогретого до температуры насыщения, при вынужденном течении может оказаться перспективным вариантом.

Рис. 1. Термоядерный реактор ITER

Однако в этом случае при тепловой нагрузке, равной q_кр, возможно возникновение кризиса теплообмена.  Если поверхность нагрева достаточно массивна, на небольшом участке поверхности, где существует зона максимального нагрева, возникает пленочное кипение. С дальнейшим ростом подводимой тепловой нагрузки пленочное кипение распространяется по периметру поверхности охлаждения. Таким образом, при одностороннем нагреве распределение температуры и паросодержание потока будут неоднородными по сечению, а на поверхности охлаждения возможно существование различных режимов теплосъема, которые могут влиять друг на друга и изменять характеристики теплообмена. Поэтому необходимо повышать критическую тепловую нагрузку.

Рис.2. Дивертор термоядерного реактора.

Осуществить это возможно многими способами, такими как: закрутка потока вставками скрученной ленты, нанесение пористого покрытия, применение пристенных турбулизаторов, установка шнеков, лопаточных завихрителей, применение змеевиковых каналов  и др. Однако не все они одинаково эффективны. Рост критической тепловой нагрузки сопровождается увеличением гидравлического сопротивления. Желательно подобрать такой способ интенсификации теплосъема, который одновременно обеспечивал бы и достаточный рост критической тепловой нагрузки, и по  возможности меньшее увеличение гидравлического сопротивления. [1]

В настоящее время имеются ограниченные опытные данные по q_кр для каналов с неоднородным по поверхности нагревом при закрутке потока и технически гладкой поверхностью. Практически отсутствуют данные по росту гидравлического сопротивления при использовании интенсификаторов теплосъема. Существующие опытные данные крайне ограничены, и нуждаются в согласовании, а расчетные зависимости в проверке и усовершенствовании