Теплообменные процессы в ВВЭР и условия кризисного ухудшения теплообмена ТВЭЛов ТВС
В корпусе ВВЭР считается, что нагревание воды происходит в однофазном потоке воды без кипения воды, почему и реакторы называются некипящего типа. При этом на теплообменных поверхностях твэлов гарантируется отсутствие какого-либо кипения воды, сопровождающееся по данным кризисным ухудшением теплообмена при положительных паросодержаниях потока при х > 0,15ч0,3. Однако установлено, что практически на всех выходных участках твэлов в сборках ВВЭР происходит поверхностное кипение воды уже при отрицательных величинах х, т. е. в области с поверхностным кипением воды.
Известно, что в области поверхностного кипения воды имеются две характерные отличительные зоны. В первой начальной зоне с неразвитым поверхностным кипением в центрах парообразования на поверхностях нагрева только появляются зародыши паровых пузырьков с размерами нескольких микрометров ( ~10-6 м ), неподвижно удерживаемые около центров парообразования силами адгезии и поверхностного натяжения воды. В последующих сечениях теплообменной поверхности твэлов также происходит возникновение и рост неподвижно стоящих паровых пузырьков с несколько большими размерами. Поэтому в этой первой зоне некоторая теплообменная поверхность имеет ухудшенный теплообмен из-за того, что некоторая площадь теплообменной поверхности покрыта паровой фазой возникших паровых пузырьков, неподвижных около своих центров парообразования. В следующей второй зоне с развитым поверхностным кипением в отдельных центрах парообразования, когда диаметры паровых пузырьков достигают отрывных диаметров ( ~10-3 м ) и происходит их отрыв от своих центров парообразования постепенно пограничный слой турбулизируется и даже происходит улучшение теплообмена, в результате которого температура поверхности снижается, несмотря на дальнейший подвод тепла к теплообменной поверхности.
Экспериментальными исследованиями было установлено, что в зоне с неразвитым поверхностным кипением, покрытой возникшими зародышами паровых пузырьков, плотность их образования увеличивается с повышением удельной тепловой нагрузки q или при снижении массовой скорости теплоносителя сw. В момент, когда в этой зоне неразвитого поверхностного кипения воды отдельные зародыши паровых пузырьков сольются в сплошную паровую плёнку с низким коэффициентом теплоотдачи, неподвижную в данном сечении, кризисное ухудшение теплообмена может возникнуть и при отрицательных паросодержаниях х. Такой кризис в области поверхностного кипения воды может возникнуть при любых величинах удельной тепловой нагрузке q и любой массовой скорости воды с w, но при определённых величинах параметра q / сw, величина которого по данным проведенных экспериментов должна превышать 0,45кДж/кг. Так как теплообменные поверхности твэлов при номинальной нагрузке работают при величинах параметра q / сw до 0,2 кДж/кг, поэтому на них имеют место режимы только с ухудшенным теплообменом. Только при нарушении режима нормальной эксплуатации на теплообменных поверхностях твэлов, например, снижение массовой скорости воды по каким-либо причинам, на них возможны условия кризисного ухудшения теплообмена, сопровождающееся или перегревом теплообменной поверхности, или возникновением интенсивных накипеотложений.
В работе приводятся экспериментальные данные автора и другие испытания с кризисным ухудшением теплообмена в области поверхностного кипения воды.
