Математичне й комп’ютерне моделювання форм багатозонних ТВЕЛів із пластинами

Автори

К. В. Максименко-Шейко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: m-sh@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0002-7064-2442

Т. І. Шейко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: sheyko@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-3295-5998

Д. О. Лісін, Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна (61022, Україна, м. Харків, майдан Свободи, 4), e-mail: d.lisin@karazin.ua, ORCID: 0000-0002-6718-7389

Н. Д. Петренко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0002-4631-9020

Анотація

У зв’язку з суттєвим зростанням кількості атомних станцій, а також моделей і модифікацій ядерних реакторів, важливості набуває з’ясування/встановлення переваг тих або інших установок. У той же час перед конструкторами постає низка питань, для яких оптимальні рішення все ще не знайдено. На атомних станціях іде найбільший оберт фінансових коштів і найменший виграш в економічності приносить величезні прибутки, однак не можна забувати про надійність і витрати при будівництві установки. Це складна комплексна задача, яка вирішується на стадії проєктування. Розрахунки реактора на стадії проєктування дозволяють визначити основні параметри активної зони, значення температури та ін. Теплогідравлічний розрахунок активної зони реактора є одним з наріжних каменів в обґрунтуванні безпечної експлуатації АЕС. Розрахунки параметрів теплоносія й температур тепловиділяючих елементів проводяться на всіх стадіях проєктування й доведення безпеки ядерних енергетичних установок. Для збільшення ефективного коефіцієнта теплопередачі в техніці широко використовуються скручені труби й оребрені теплопередаючі поверхні. Зокрема, для оребрення оболонок ТВЕЛів ядерних реакторів і зовнішніх поверхонь труб парогенераторів застосовують поздовжні, поперечні, спіральні ребра. Оребрення не тільки збільшує поверхню теплообміну з того боку, де коефіцієнт тепловіддачі має низьке значення, а й помітно впливає на гідродинаміку потоку, а тим самим і на цей коефіцієнт. Очевидно, що чим краще перемішується середовище в основному потоці й у міжреберних зазорах, тим вищий коефіцієнт тепловіддачі. Найвигіднішими формами оребрення оболонок ТВЕЛів є шевронне й полізональне оребрення, які виконуються у вигляді багатозаходної спіралі з великим кроком. Теорія R-функцій виявилася достатньо зручною для побудови математичних моделей оребрених оболонок ТВЕЛів із прямими й гвинтовими пластинами, а також для побудови на 3D-принтері відповідних об’єктів. Із практичної точки зору актуальність задачі також визначається суттєвим поширенням скручених циліндричних тіл, скручених каналів, змійовиків в енергетиці, хімічній, нафтовій, газовій, металургійній галузях промисловості й у теплотехнічному устаткуванні. Потоки, які виникають при цьому, дають можливість інтенсифікувати процеси тепломасообміну й досягти економії енергетичних ресурсів.

Ключові слова: оболонки ТВЕЛів, ТВЕЛи із шевронним і полізональним оребренням, теорія R-функцій, 3D-принтер.

Повний текст: завантажити PDF

Література

1. Петухов Б. С., Генин Л. Г., Ковалев С. А. Теплообмен в ядерных энергетических установках. Москва: Атомиздат, 1974. 367 с.
2. Андреев П. А., Гремилов Д. И., Федорович Е. Д. Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок / под ред. Н. М. Синева. Ленинград: Судостроение, 1969. 352 с.
3. Антуфьев В. М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. Москва-Ленинград: Энергия, 1966. 184 с.
4. Рвачев В. Л. Теория R-функций и некоторые ее приложения. Киев: Наук. думка, 1982. 552 с.
5. Максименко-Шейко К. В. R-функции в математическом моделировании геометрических объектов и физических полей. Харьков: ИПМаш НАН Украины, 2009. 306 с.
6. Чопоров С. В., Гоменюк С. И., Лисняк А. А., Аль-Омари М. А. В., Алатамнех Х. Х. Триангуляция поверхностей при гибридном параметрическом и неявном представлении. Вестник Херсонского национального технического университета. 2016. № 3 (58). С. 542–549.
7. Maksymenko-Sheiko K. V., Sheyko T. I., Lisin D. O., Dudinov T. B. Mathematical and computer modeling of convective heat transfer in fuel cartridges of fuel elements with different shapes and packing of rods. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashinobuduvannia. 2022. Vol. 25. No. 1. P. 40–54. https://doi.org/10.15407/pmach2022.01.040.
8. Лісін Д. О. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір № 45951. Комп’ютерна програма «Система візуалізації та побудови сітки на поверхні геометричних об’єктів, які описані за допомогою математичних засобів теорії R-функцій «RFPreview». 2012.

Надійшла до редакції 13.11.2022