ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В ШАРОВОЙ ЗАСЫПКЕ
Автор: Юлия Владимировна Вершинина
Соавторы: Прохоров Степан Владимирович
Организация: Национальный исследовательский университет "МЭИ"
Рис.1 а) Схема экспериментального стенда. 1 – бак; 2 – центробежный насос; 3 – расходомер; 4,9 – сетчатые фильтры; 5 – предварительный нагреватель; 6, 8 – датчики давления; 7 – датчик перепада давления; 10 – теплообменник; 11 – термокомпрессор; РУ – рабочий участок с шаровой засыпкой; 12 – предохранительный клапан; В1 – В7 – вентили. б) Зависимость потерь давления от массового расхода теплоносителя.
В последнее время все более актуальной становится проблема повышения энергоэффективности и безопасности ядерных энергетических установок. Одним из путей решения этой проблемы является использование тепловыделяющих сборок с микротвэлами (ТВС МТ) [1]. Конструкция ТВС МТ была предложена в работе [1]. В такой сборке микротвэлы размещаются между перфорированными чехлами в виде свободной засыпки и непосредственно охлаждаются однофазным или двухфазным теплоносителем. Такие тепловыделяющие сборки могут быть использованы в атомных станциях малой мощности, т.к. обладают надежной радиационной безопасностью в случае возникновения аварий. Одна из трудностей, возникающая при внедрении микротвэлов в ядерные энергетические установки, состоит в недостаточной изученности теплогидравлических характеристик в засыпках из шаров с внутренним тепловыделением. Настоящая работа является продолжением ранее начатых исследований [2].
Для экспериментального исследование в работе создан экспериментальный стенд (рис. 1а), который включает в себя гидравлический контур, систему измерения, сбора и обработки информации, рабочий участок с шаровой засыпкой, систему высокочастотного индукционного нагрева для обеспечения тепловыделения в шаровой засыпке. Стенд рассчитан на следующие режимные параметры: температура теплоносителя до 100°С, давление теплоносителя до 1,5 МПа, расход теплоносителя (0,01–0,50) кг/с, мощность индукционного нагрева до 20 кВт. В качестве теплоносителя будут использоваться дистиллированная вода и хладоны.
Рабочий участок с шаровой засыпкой состоит из двух коаксиально расположенных трубок. Шарики диаметром 2,0 мм размещаются во внутренней трубке между перфорированными решетками. Наружная трубка расположена между фланцами и обеспечивает прочность и герметичность конструкции.
Первые экспериментальные данные получены на экспериментальном стенде при течении однофазного теплоносителя – дистиллированной воды для шаровой засыпки высотой 50 мм. Пористость засыпки составила 0,383. Экспериментальные данные представлены на рис. 1б) в виде зависимости потерь давления от массового расхода теплоносителя.Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-4552.2022.4.
1. Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Хрулев А.А., Дегальцев Ю.Г. и др. Перспективы применения микротвэлов в ВВЭР // Атомная энергия, Т.86, №6, 1999. – С. 443-449.
2. Smorchkova Yu.V., Varava A.N., Dedov A.V., Zakharenkov A.V., Komov A.T. The experimental determination of the coefficient of hydraulic resistance of a perforated plate with a layer of balls adjoining to it // Journal of Physics: Conference Series, 2017, Volume 891, Paper number 012038.