СПОСОБ ТЕПЛОСЪЕМА С ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHOD OF HEAT PICKUP FROM SURFACE OF FUEL ELEMENTS

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплогенерирующих устройствах, например, в ядерных энергетических установках.
Одним из путей повышения энергонапряженности реакторных установок (РУ) и различных теплопередающих устройств является использование средств интенсификации теплосъема. Использование средств интенсификации позволяет увеличить критический тепловой поток и, соответственно, критическую мощность реакторной установки (РУ) (запасы до кризиса теплоотдачи). Последнее позволяет также увеличить удельную мощность реакторной установки. Наиболее распространенные способы интенсификации теплосъема, используемые в ТВС - турбулизация и закрутка потока. (Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). М.: Энергоатомиздат, 1990 г. с.320-323).
Недостаток способов интенсификации теплосъема с помощью турбулизации потока заключается в увеличении гидравлического сопротивления потоку теплоносителя.
Наиболее близким по технической сущности и изобретению является способ теплосъема заключающийся в том, что теплоноситель подают на теплоотдающую поверхность теплопередающего устройства и закручивают его (Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп Н.Э., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. - М.: Энергоатомиздат, 1998. 408 е.).
Основной недостаток тепловыделяющих элементов такого типа заключается в низкой эффективности закручивающих устройств, установленных на выпуклой поверхности тепловыделяющих элементов.
В наших опытах установлено, что использование закрутки потока в парогенерирующих устройствах, в которых присутствуют выпуклые теплоотдающие поверхности, приводит к обратному эффекту - снижению критических тепловых потоков (КТП), преждевременному наступлению кризиса, входу канала в закризисные режимы и выходу из строя реакторной установки (РУ) (Болтенко Э.А. Кризис теплообмена в кольцевых каналах с закруткой потока // Теплоэнергетика, 2003, №1 I.e. 25-30.).
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении интенсивности теплосъема.
Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что в способе теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов, заключающемся в том, что теплоноситель подают на теплоотдающую поверхность теплопередающего устройства и закручивают, при этом закрученный поток дополнительно закручивают относительно оси, лежащей под углом к продольной оси основного закрученного потока. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков происходит образование трехмерных вихрей, взаимодействующих с теплоотдающей поверхностью. Взаимодействие вихрей с теплоотдающей поверхностью приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенным слоем и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено устройство для осуществления способа теплосъема с поверхности теплопередающих элементов.
Устройство, осуществляющее способ содержит тепловыделяющие элементы 1 и 2, установленные концентрично друг относительно друга. Устройство включает в себя основное закручивающее устройство 3 и две теплоотдающие поверхности - выпуклую теплоотдающую поверхность 4 и вогнутую теплоотдающую поверхность 5. На выпуклой теплоотдающей поверхности 4 расположено основное закручивающее устройство 3, продольная ось 6 которого в данном случае совпадает с продольной осью устройства. Основное закручивающее устройство 3 выполнено в виде проволоки навитой на выпуклую теплоотдающую поверхность 4. Ось 7 дополнительного закручивающего устройства 8 расположена под некоторым углом к продольной оси 6 основного закручивающего устройства. Дополнительное закручивающее устройство 8 выполнено в виде проволоки навитой с некоторым шагом на основное закручивающее устройство 3.
Способ теплосъема с поверхности тепловыделяющих элементов осуществляется следующим образом.
Теплоноситель подают в кольцевую щель, образованную выпуклой 4 и вогнутой 5 теплоотдающими поверхностями. Далее теплоноситель закручивают основным закручивающим устройством 6. Закрученный поток взаимодействует с дополнительными закручивающими устройствами 8. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков, оси закрутки которых находятся под углом, образуются трехмерные вихри значительно меньшего масштаба, чем те, которые образуются за счет закрутки потока основными закручивающими устройствами.
Взаимодействие вихрей приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенными слоями вблизи выпуклой и вогнутой теплоотдающими поверхностями и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема на выпуклой и вогнутой теплоотдающих поверхностях.
Экспериментальное исследование способа интенсификации теплосъема выполнено на кольцевом канале с внутренним тепловыделением, т.е. исследовался теплосъем на выпуклой теплоотдающей поверхности. Тепловыделение достигалось прямым пропусканием тока через стенку внутренней трубы. Исследования показали, что в кольцевом канале с закруткой теплоносителя коэффициенты теплоотдачи ниже, чем в гладком канале (выпуклая теплоотдающая поверхность). Коэффициенты теплоотдачи на выпуклой теплоотдающей поверхности при использовании закрученного и дополнительного закрученного потока выше коэффициентов теплоотдачи на гладкой теплоотдающей поверхности в два - три раза.
Таким образом, предлагаемый способ интенсификации теплосъема позволяет значительно повысить теплосъем на теплоотдающих поверхностях. Последнее достигается за счет взаимодействия закрученных потоков - основного и дополнительного. В предлагаемом способе основной закрученной поток дополнительно закручивают относительно оси, лежащей под углом к продольной оси основного закрученного потока. Благодаря взаимодействию основного и дополнительного закрученных потоков происходит образование трехмерных вихрей, взаимодействующих с теплоотдающей поверхностью. Взаимодействие вихрей с теплоотдающей поверхностью приводит к интенсивному тепло-массообмену между ядром потока и пристенным слоем и, соответственно, к повышению интенсивности теплосъема.