Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Колебательные процессы при течениях в каналах со сложным поперечным сечением

Диссертация: Колебательные процессы при течениях в каналах со сложным поперечным сечением
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В работе выдвинуты предположения теоретического обоснования колебательных процессов в каналах с СПС, хорошо описывающие поведение течения в таких каналах. Использование их при построении расчётных моделей даёт возможность описать реальную динамическую картину течения в каналах с СПС. А также варьируя описанными факторами влияющими на проявление колебательных процессов позволяют контролировать… Читать ещё >

Колебательные процессы при течениях в каналах со сложным поперечным сечением (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • I. Гидродинамика в каналах со сложным поперечным сечением
    • 1. 1. Классификация каналов со сложным поперечным сечением
    • 1. 2. Особенности гидродинамики в каналах типа ТВС и их аналогов в последних исследованиях
      • 1. 2. 1. Поля скорости в ТВС быстрых реакторов
      • 1. 2. 2. Турбулентный межканальный обмен импульсом в ТВС с гладкими твэлами
      • 1. 2. 3. Гидродинамические эффекты в продольном течении в сборках гладких стержней
      • 1. 2. 4. Сопротивление трения в плотных пучках
      • 1. 2. 5. Вибрации стержней в продольном турбулентном потоке и некоторые критические явления гидроупругости
      • 1. 2. 6. Современные физико-математические алгоритмы для расчёта потоков в каналах со сложным поперечным сечением
    • 1. 3. Проявление неустойчивости в потоках жидкости в каналах сложного поперечного сечения
    • 1. 4. Постановка задачи
  • II. Экспериментальные наблюдения колебательных процессов при течении в каналах сложного поперечного сечения
    • 11. 1. Физическая модель
    • 11. 2. Исследуемые модели и их характерные черты
      • 11. 2. 1. Канал прямоугольного сечения с прямоугольной возвышенностью
      • 11. 2. 2. Модель трубы с цилиндрической вставкой
      • 11. 2. 3. Канал квадратного сечения с цилиндрической вставкой
      • 11. 2. 4. Модель трубы с тремя цилиндрическими вставками
  • II. 2.5. Мод ель трубы с двумя параллельными пластинками
    • 11. 3. Методика экспериментов и результаты наблюдений
  • II. 3.1.Канал прямоугольного сечения с прямоугольной возвышенностью
  • Н.3.2.Труба с цилиндрической вставкой
    • 11. 3. 3. Канал квадратного сечения с цилиндрической вставкой
    • 11. 3. 4. Труба с тремя цилиндрическими вставками
  • П. 3.5.Труба с двумя параллельными пластинками
    • 11. 4. Сходства и различия проявления колебательных процессов для всех моделей
  • II. 4.1.Общие черты
  • И.4.2.Отличительные черты
  • III. Теоретическое обоснование картины течения в каналах со сложным поперечным сечением
  • 1. П. 1.Общее описание
  • III. 1.1. Основные определения неустойчивости Кельвина-Гельмгольца
  • III. 1.2. Простые известные примеры НКГ
  • III. 1.3. Неустойчивость струй
  • Ш. 2.Колебания двух смежных однородных потоков
    • 111. 2. 1. Общее описание
    • 111. 2. 2. Нейтральные колебания
    • 111. 2. 3. Тонкий промежуточный слой
  • Ш. З.Колебание продольного градиента давления
  • Ш. 4.Учёт гидродинамических колебаний в расчетных моделях течений в каналах с СПС
  • Ш. 5.Математическая модель качественного описания колебательных процессов в каналах сложного поперечного сечения

Достаточно много каналов, встречающихся на практике, имеют сложное поперечное сечение (СПС), что обусловлено их функциональным предназначением. Такие каналы широко используются в различных теплообменных и технологических аппаратах, а также встречаются в природе.

Каналы, чьи структурные составляющие находятся на расстояниях соразмерных их собственным поперечным сечениям, представляются задачей, на сегодняшний день, не сложной, они хорошо рассмотрены и обсчитаны, наилучшие программы исследованы в [1].

Достаточно подробно рассмотрены и имеют много различных физико-математических моделей обсчёта статические задачи каналов со сложным поперечным сечением, получены распределения скоростей и температур по сечениям. Несколько таких моделей представлено в [1]. Трёхмерные динамические задачи слишком сложны для расчётов, поэтому модели рассматриваются усредненно по времени [1,2].

При уменьшении зазоров между канальными элементами гидродинамика усложняется. Наиболее сложные из таких каналов имеют поперечное сечение в виде многосвязной области, включающей ячейки, соединённые узкими зазорами, как в тепловыделяющих сборках (ТВС) ядерного реактора (ЯР). Расчёты статических характеристик течений таких каналов даются с ошибкой до 10% [1]. Динамическая картина течений в таких каналах имеет лишь статистическое описание, и выражена дополнительными коэффициентами в формулах статических характеристик [4−7]. В настоящее время проводится множество экспериментов и наблюдений течений на тесных пучках стержней. Хорошо изучено распределение скоростей в поперечном сечении канала [5], из которого хорошо видно, что различие скоростей в зазоре и ячейках достигает 30−50%, что является характерной предпосылкой появлению неустойчивости Кельвина-Гельмгольца (НКГ), а вследствие чего и к возникновению колебательных процессов в канале. Характерным признаком проявления колебательных процессов в каналах с СПС является наличие вибрации в них [6], которая обуславливается присутствием в канале гармонических составляющих, имеющих не случайный характер.

Первые наблюдения неустойчивости в каналах с СПС были проведены Аиным Е. М. в [3]. Были получены экспериментальные результаты в жидкости и сделаны предположения типе неустойчивости как неустойчивости Кельвина-Гельмгольца.

Представленные результаты в работе [3] показывают значительное влияние колебательных процессов в каналах с СПС, а работы [4−7] важность учёта колебательных процессов при рассмотрении трёхмерной динамической задачи для каналов с малыми зазорами между структурными элементами.

Изучение гидродинамических колебаний в каналах с СПС позволяет управлять процессами тепломассобмена между ячейкой и зазором, являющейся важнейшей задачей на сегодняшний день для ТВ С ЯР, а также межканального обмена импульсом, учитывать колебательные процессы при расчётах сопротивления канала и установить контроль и управления за вибрацией.

В данной работе рассматривается динамическая трёхмерная задача для каналов с СПС. Представлены экспериментальные подтверждения наличия колебательных процессов в каналах с различной геометрией «ячейка — зазорячейка». Приведены теоретические обоснования их проявления. Представлены экспериментальные данные по влиянию колебательных процессов на сопротивление каналов, а также по вибрации.

Также рассмотрены физическая модель течений в канале со структурой «ячейка — зазор — ячейка». Представлены возможные теоретические обоснования проявления колебательных процессов в каналах с СПС. Предложены рекомендации по учёту колебательных процессов в существующих расчёта течений в таких каналах.

I. Гидродинамика в каналах со сложным поперечным сечением.

Заключение

.

Результаты экспериментов показали большую значимость проявления колебательных процессов в гидродинамике каналов со сложным поперечным сечением. Также можно сказать, что возникновение гидродинамических колебаний присущи всем каналам, в которых сопротивление их продольных составляющих сильно отличаются, а такие каналы встречаются достаточно часто.

Важным результатом данной работы является выявление низкочастотной составляющей гидродинамических колебаний, которые проникают в стенки структурных составляющих канала и несут большую опасность разрушения различных стыковых соединений.

Также важным результатом является выявление причины вибрации структурных составляющих канала в колебательных процессах потоков, что позволяет не только контролировать данным опасным явлением, но и управлять им.

Кроме отрицательных эффектов гидродинамические колебания могут играть и значительную положительную роль в выполнении своих функциональных обязанностей течений рабочего тела. Важнейшей задачей ТВС ЯР является унос тепла из активной зоны, а наиболее нагретыми участками являются потоки в зазорах, которые в свою очередь имеют наименьшую скорость в течении теплоносителя. В связи с этим крайне важно обеспечить максимальную перемежаемость потоков в зазоре и в соседних с ним ячейках. Именно здесь гидродинамические колебания потоков в зазоре имеют большое положительное влияние.

В работе выдвинуты предположения теоретического обоснования колебательных процессов в каналах с СПС, хорошо описывающие поведение течения в таких каналах. Использование их при построении расчётных моделей даёт возможность описать реальную динамическую картину течения в каналах с СПС. А также варьируя описанными факторами влияющими на проявление колебательных процессов позволяют контролировать и управлять ими в течениях таких каналов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.В., Сорокин А. П., Матюхин Н. М. // Межканальный обмен в ТВС быстрых реакторов. М.: Энергоатомиздат 1991.
  2. В.И., Ибрагимов М. Х., Ушаков П. А. и др. // Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчёта). М.: Атомиздат, 1975.
  3. Е. М. Айн, JI. В. Агеев, JI. С. Щетинин. // Особенности структуры потока в тесном продольно-обтекаемом пучке стержней. Сибирский физико-технический журнал. 1993. Вып. 1. с. 183.
  4. П. А. Ушаков // Гидродинамика труб и каналов сложной формы.// Гидродинамика и безопасность ЯЭУ./ Сборник трудов ФЭИ. В трёх томах. Том
  5. Обнинск: ГНЦРФ ФЭИ, 1999, 181 с.
  6. Г. П. Богословская // Поля скоростей в ТВС быстрых реакторов.// Гидродинамика и безопасность ЯЭУ./ Сборник трудов ФЭИ. В трёх томах. Том
  7. Обнинск: ГНЦ РФ ФЭИ, 1999, 388 с.
  8. В. С. Федотовский // Вибрации стержней в продольном турбулентном потоке и некоторые критические явления гидроупругости.// Гидродинамика и безопасность ЯЭУ./ Сборник трудов ФЭИ. В трёх томах. Том 2. Обнинск: ГНЦ РФ ФЭИ, 1999, 388 с.
  9. Обнинск: ГНЦРФ ФЭИ, 1999, 170 с.
  10. ПЛ. Ушаков, А. В. Жуков и др. (СССР), Ф. Мантлик, Я. Гейна и др.(ЧСФР)/Исследование термодинамических характеристик в правильных и деформированных решётках твэлов быстрых реакторов/М: Изд-во СЭВ, 1978.
  11. Б. Ламб. // Гидродинамика. М. JL: Гостехиздат 1947.
  12. В.И. Субботин, П. А. Ушаков, Ю. Д. Левченко и др./ Поле скоростей турбулентного потока жидкости при продольном обтекании пучков стержней// Препринт ФЭИ-198. Обнинск: ОНТИ ФЭИ, 1970.
  13. W. Eifler, R. Experimental Investigation of Velocity Distribution and Flow Resistance in a Triangular Array of Parallel Robs// Nucl. Engine and Design. 1967/Vol 5, № 1.
  14. Я. Гейна, Я. Черевенка, Ф. Мантлик/ Результаты измерений локальных гидродинамических характеристик в пучках стержней с геометрическими повреждениями.4156-Т. 1977−1978.Ржеж (ЧСФР): ОНТИ ИЯИ.
  15. М.Х. Ибрагимов, И. А. Юсупов, Л. Л. Кобзарь и др./Расчёт касательных напряжений на стенки канала и распределения скоростей при турбулентном течении жидкости.//Атомная энергия. 1964 Т.21.Вып.2.
  16. А.В. Жуков, А. П. Сорокин, П. А. Титов и др ./Турбулентный межканальный обмен импульсом в ТВС реакторов//Препринт ФЭИ-2015. Обнинск: ОНТИ ФЭИ 1989.
  17. А.В. Жуков, Е. Я. Свириденко, Н. М. Матюхин и др.// Поля скорости в тэльных сборках быстрых реакторов при изменении геометрии периферийных зон.// В кн.: Теплофизические исследования./ М.: Изд-во ВИМИ, 1977 с. 17−22
  18. А.В. Жуков, Е. Я. Свириденко, Н. М. Матюхин и др.// Гидродинамика в кассетах твэлов быстрых реакторов (исследования для реактора БН-600).// Препринт ФЭИ-453. Обнинск ФЭИ, 1973.
  19. В.И. Субботин, М. Х. Ибрагимов, П. А. Ушаков, В. П. Бобков, А. В. Жуков, Ю. С. Юрьев./ Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчёта).// М.: Атомиздат, 1975, 408 с.
  20. Б.С. Петухов / Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах.// М.: «Энергия», 1967.
  21. В.И. Субботин, П. А. Ушаков, Б. Н. Габрианович, В. Д. Таланов, И. П. Свириденко / Теплоотдача и гидравлическое сопротивление в плотноупакованных коридорных пучках стержней. // Атомная энергия. 1962, т.13, вып. 2, стр. 162 169.
  22. R.G. Hodge/ Frictional Pressure Drop in Non-Circular Duct. Transaction of the ASME/ 1961, ser. C, vol. 83, N 3, p. 384.
  23. M.P. Paidoussis / Dynamics of cylindrical structures subjected to axial flow// J. Of Sound and Vibration, 1973, v.29.
  24. Г. Биркгоф, Э. Сарантонелло. // Струи, следы и каверны. М.:МИР 1964.
  25. Г. Биркгофф, Р. Беллман // Неустойчивость НКГ // Гидродинамическая неустойчивость. М.: МИР 1964.
  26. Р. Бетчов, В. Криминале. // Вопросы гидродинамической устойчивости. М.: МИР 1971.
  27. X., Голлаб Дж. // Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности. М.: МИР 1984.
  28. АД. Ефанов. Гидродинамические исследования в теплофизическом отделении ГНЦ РФ-ФЭИ.// сб. докладов отраслевого научно-технического семинара «Фундаментальные исследования по гидродинамике ЯЭУ"// ОНТИ-ФЭИ, 2000.
  29. С.И. Щербаков. Смешение разнотемпературных струй в тройниках.// сб. докладов отраслевого научно-технического семинара «Фундаментальные исследования по гидродинамике ЯЭУ"// ОНТИ-ФЭИ, 2000.
  30. Н.И. Гидравлическое сопротивление и теплоотдача в турбулентном потоке жидкости в решетках стержней. Теплофизика высоких температур, 1964, т.2, № 5, с. 749.
  31. А.В. Гидравлическое сопротивление пучков стержней в осевом потоке жидкости. В сб. Жидкие металлы (под редакций Кириллова П. Л., Субботина В. И., Ушакова П.А.). М: Атомиздат, 1967, с. 210.
  32. Айн Е.М., Пучков П. И. Гидравлическое сопротивление тесных продольно обтекаемых пучков гладких стержней. Известия ВУЗов, Энергетика, 1969, № 8, с. 129.
  33. Э.В. Исследование теплообмена и гидравлическое сопротивление при продольном обтекании пучка труб водой. Инженерно-физический журнал, 1963, № 5, с. 17−22.
  34. А.И., Калинин Э. К., Дрейцер Г. А. Исследование гидравлического сопротивления при продольном омывании воздухом шахматного пучка труб. -Инженерно-физический журнал, 1964, № 11, с. 42−46.
  35. Eifler W., Nijsing R. Experimental investigation of velocity distribution and flow resistance in triangular array of parallel rods. Nud.Eng. and Design, 1967, vol. 5, N l, p. 22.
  36. В.И., Габрианович Б. Н., Шейнина А. В. Гидравлические сопротивления при продольном обтекании пучков гладких и оребренных стержней. Атомная энергия, 1972, т. ЗЗ, вып. 5, с. 889.
  37. Ф.Ф. Исследование гидравлических сопротивлений в пучках гладких труб при продольном обтекании. Атомная энергия 1967, т. 23, вып.1, с. 46.
  38. В.И., Ушаков П. А., Левченко Ю. Д. и др. Поле скоростей турбулентного потока жидкости при продольном обтекании пучков стержней// Препринт ФЭИ-198. Обнинск: ОНТИФЭИ, 1970.
  39. Eifler W., Nijsing R. Experimental Investigation of Velocity Distribution and Flow Resistance in a Triangular Array of Parallel Rods // Nucl. Engng and Design. 1967. Vol.5, № 1.
  40. М.Х., Юсупов И. А., Кобзарь JI.JI. и др. Расчет касательных напряжений на стенке канала и распределения скоростей при турбулентном течении жидкости // Атомная энергия. 1964. Т. 21. Вып.2.
  41. Н.И. Расчет полей скорости и коэффициентов турбулентной теплопроводности в каналах сложной формы //ТВТ. 1971. № 2.
  42. В.И., Ушаков П. А. Расчет гидродинамических характеристик пучков стержней //Моделирование термодинамических явлений в активной зоне быстрых реакторов. Прага: Изд-во ЧСКАЭ, 1971. С. 44−57.
  43. Ушаков П. А, Жуков А. В. и др. (СССР), Мантлик Ф., Гейна Я. и др. (ЧСФР). Исследование термодинамических характеристик в правильных и деформированных решетках твэлов быстрых реакторов /М: Изд-во СЭВ, 1978.
  44. Я., Червенка Я., Мантлик Ф. Результаты измерений локальных гидродинамических характеристик в пучках стержней с геометрическим повреждением., 4156-Т. 1977−1978. Ржеж (ЧСФР): ОНТИИЯИ.
  45. А.В., Сорокин А. П., Ушаков П. А., Мантлик Ф. и др. Теплофизическое обоснование температурных режимов ТВС быстрых реакторов с учетом факторов перегрева. Гидродинамические характеристики быстрых реакторов// Препринт ФЭИ-1816. Обнинск: ОНТИФЭИ, 1986.
  46. А.В., Сорокин А. П., Титов П. А. и др. Турбулентный межканальный обмен импульсом в ТВС реакторов // Препринт ФЭИ-2015. Обнинск: ОНТИ ФЭИ. 1989.
  47. Rom D.S., Jonson В.М., Knudsen L.G. Implication Concerning Rod Bundle Mixing Based on Measurements of Turbulent Flow Structure //Internal J. Heat Mass. Tramsfer. 1974. Vol.17, N3.
  48. Rowe D.S. A Mechanism for Turbulent Mixing between Rod Bundle Subchannels // Trans. Amer. Nucl. Soc. 1969. Vol. 12, N 2.
  49. А. и др. Определение коэффициента турбулентного обмена в сборке тепловыделяющих элементов //Теплопередача, 1972. Т.96, № 2.
  50. K.F. е.а. Turbulent Mixing for Air-Water Flow in Simulated Rod Bundle Geometries //Canadian J. Chemical Engng. 1972. Vol.50, N2.
  51. A.B., Свириденко Е. Я., Матюхин H.M. и др. Исследование гидродинамики сложного течения в сборках стержней с дистанционирующей проволочной навивкой (электромагнитный метод измерений) //Препринт ФЭИ-867. Обнинск: ОНТИ ФЭИ, 1979.
  52. А.В., Сорокин А. П., Титов П. А. и др. Анализ данных по межканальному обмену в ТВС с винтовым оребрением твэлов. Часть 1. Центральная зона //Препринт ФЭИ-1574. Обнинск: ОНТИФЭИ, 1984
  53. Bolle е. a. Experimental Determination of the Local Transverse Mixing in a Rod Bundle with Helical Wire Spacer //Rep. Internal. Meeting on Reactor Heat Transfer. 1973. Karlsruhe, Germany
  54. Patch L. Experimental Studies of Flow Distribution in a Wire Wrapped LMFBR Blanket Assembly//Ibid. 1979. Karlsruhe, Germany.
  55. Markley R.A. Status of Core Thermohydraulic Development in the USA //Thermodinamics of FBR fuel subassemblies under numinal and non-nominal operating conditions. EWGFER/29. 1979.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!