Теплообменный элемент Советский патент 1986 года по МПК G21C3/08 

К г7

U2. f

IND

to

Oia

oo 1 Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в парогенераторах, тепло обменниках ядерных реакторах, а именно для теплообменных трубчатых поверхностей твэлов, парогенераторов, теплообменников. Известны -тепловьщеляющие элементы, внутрерчяя:трубчйтая оболочка которых снабжена коггрцевыми гофрами Гофрировка внутрен1|ей (Трубчатой поверхности создает турбу.1шзацию пото ка теплоносителя дчто приводит к повьйпению критической мощности, но это повьшение является недостаточным. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является теплообменный элемент, содержащий размещенные внутри трубы поперечные сплошные ребра. Турбулизация потока теплоносителя, вызываемая этими ребрами, приводит к увеличение критической мощности (критического теплового потока), причем максимальное увеличение наблюдается при частом расположении ребер. Недостатком прототипа является небольшая критическая мощность теплообменного элемента при .дисперснокольцевом и дисперсном режимах тече ния теплоносителя. Дисперсно-кольцевой режим течения характеризуется наличием пара и капель жидкости в ядре потока и микропленки жидкости на теплоотдающей поверхности, а при дисперсном режиме течения пленка отсутствует. Целью изобретения является увели чение критической мощности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения. Указанная цель достигается тем, что в теплообменном элементе,.содер жащем размещенные внутри трубы поперечные сплощные ребра, между сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отвер тий составляет от 15 до 76% от площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет от 25 до 76% от площади сплошного ребра. На фиг. 1 изображен продольный разрез теплообменного элемента; на фиг. 2 - сечение А-А теплообменног элемента, снабженного ребром с 3 2 отверстиями; на фиг. 3 - сечение А-А теплообменного элемента, снабженного ребром с впадинами на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5-8 - физические характеристики теплообменного элемента. Теплообменный элемент имеет обычное сплошное ребро 1 и ребро 2, Имеющее отверстия или впадины. Отверстия и впадины могут иметь различную конфигурацию. Например, на фиг. 2 и 3 изображены ребра с полукольцевыми отверстиями и прямоугольными впадинами. Ребро с впадинами может быть заменено совокупностью нуклевок, нанесенных по окружности на поверхности трубы, а ребро-гофрой. На фиг. 4 изображено поперечное сечение теплообменного элемента с обычным ребром. На фиг. 5-6 представлены зависимости критического теплового потока q от безразмерного расстояния от диафрагмы калибра z/d (z - расстояние от дифрагмы, d - диаметр канала). На фиг. 7 представлена зависимость критического теплового потока на расстоянии 50 калибров от диафрагмы. От относительной величины площади отверстий FoTfe 100% (,- площадь отверстий, Fpgj- площадь ребра) . На этой же фигуре показана зависимость перепада давления на диафрагме. На фиг. 8 представлены зависимости теплового потока (при наличии пленки жидкости перед диафрагмой) от безразмерного расстояния от диафрагмы. Цифрами 3-15 на фиг. 5-8 обозначены характеристики для следующих условий: гладкая труба 3 (диафрагма с внутренним диамйтром, равным диаметру гладкой трубы d ); обьшное ребро 4, имитируемое дифрагмой;обычное ребро 5, имитируемое разрезной шайбой; ребра с отверстиями (6 - 0,3, 7 - & 0,5-10-м); два обычных ребра 8, находящихся на расстоянии 25-10 м одно от другого, 9 - 11 - комбинация ребра с отверстиями и обычного ребра (9 - 0,3; Ш -5 0,5; 11 О,7510 м); 12, 13 - ребро с впадинами (12-е 1j13-P 240); 14, 15 - комбинация ребра с впадина3

ми и обычного ребра (14 - Р 2j 15 - Е 2,5-10 м).

Элемент работает следующим образом. На вход в теплообменный элемент подается теплоноситель с заданными входными параметрами. Направление течения теплоносителя показано на фиг. 1 стрелкой. В зависимости от величины подводимого теплового потока теплоноситель может иметь различное паросодержание на выходе элемента.

На фиг. 5-6 видно, что установка обычного сплошного ребра приводит к увеличению критического теплового потока по сравнению с гладкой трубой, причем с увеличением количества ребер эффективность возрастает. Наличие отверстий или впадин в ребре уменьшает его эффективность, но комбинация ребра с впадинами или отверстиями и обычного сплошного ребра может увеличить прирост критического теплового потока по сравнению с приростом критического теплового потока, Вызванного суммарным турбулизирующим воздействием двух обычных сплошных ребер.

221434

На основании данных, приведенных на фиг. 5, 6, 7, сделать вывод о ,том, что прирост критического тепло.вого потока происходит при площади с отверстий от 15 до 76 от площади сплошного ребра или площади впадин от 25 до 76% от площади сплошного ребра, причем возмущение потока, производимое турбулизатором, ощутимо

10 на расстоянии от него не более ста диаметров трубы, т.е. увеличение критическоймсицности (критического теплового потока) возможно только, в указанном интервале. Таким обра15 зом установка турбулизаторов на расстоянии более 100 диаметров трубы не приводит к положительному эф(1)екту. При наличии пленки жидкости перед диафрагмой (тепловой по20 ток на входном участке меньше критического) отмеченный эффект исчезает (см.фиг.8). Предлагаемый теплообменный элемент в области дисперсно-кольцевого и дисперсного

25 режимов течения теплоносителя существенно увеличивает критическую мощность (критический тепловой поток) при одинаковых режимных паоаметрах.

ТЕПЛООБМЕННЬЙ ЭЛЕМЕНТ,содержащш размещенные внутри, трубы попе речные сплошные ребра, отличающийся тем, что, с целью увеличения критической мсщности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения теплоносителя, между сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отверстий составляет 15-76% площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет 25-76% площади сплошного ребра. -I /

А-А

6-6

Фиг-6