Druckverlust – Brennelement
Im allgemeinen Gesamtbrennelementdruckabfall wird durch Brennelementes Reibungsverlust (abhängig von gebildeten relativen Rauheit von Brennstäben, Reynoldssche Zahl , hydraulischen Durchmesser usw.) und andere Druckabfälle von Strukturelementen (obere und untere Düse, Abstand Gitter oder Mischgitter ).
Siehe auch: Materialbeschleunigung – Druckverlust
Im Allgemeinen ist es nicht so einfach, Druckverluste in Brennelementen (insbesondere in den Abstandsgittern) zu berechnen, und es gehört zum Schlüssel- Know-how eines bestimmten Brennstoffherstellers. Meist werden Druckverluste in experimentellen Hydraulikkreisläufen gemessen und nicht berechnet.
Ingenieure nutzen die Druckverlustbeiwert , PLC . Es ist K oder ξ (ausgesprochen “xi”) angegeben. Dieser Koeffizient kennzeichnet den Druckverlust eines bestimmten Hydrauliksystems oder eines Teils eines Hydrauliksystems. Es kann leicht in hydraulischen Kreisläufen gemessen werden. Der Druckverlustkoeffizient kann sowohl für gerade Rohre als auch insbesondere für lokale (geringfügige) Verluste definiert oder gemessen werden .
Unter Verwendung der Daten aus dem unten angegebenen Beispiel ist der Druckverlustkoeffizient (nur Reibung vom geraden Rohr) gleich ξ = f D L / D H = 4,9 . Der Gesamtdruckverlustkoeffizient (einschließlich Abstandsgitter, oberer und unterer Düse usw.) ist normalerweise etwa dreimal so hoch. Diese PLC ( ξ = 4,9 ) bewirkt , dass der Druckabfall in der Größenordnung von (die zuvor unter Verwendung von Eingaben) Ap Reibungs = 4,9 x 714 x 5 2 /2 = 43,7 kPa (ohne Abstand Gitter, obere und untere Düsen). Etwa dreimal höheres reales PLC bedeutet, dass etwa dreimal höheres Δp Kraftstoff sein wird.
Der Gesamtreaktordruckverlust Δp Reaktor muss umfassen:
- Fallrohr und Reaktorboden
- untere Stützplatte
- Brennelement einschließlich Abstandsgitter, oberer und unterer Düse und anderer Bauteile – Δp Brennstoff
- obere Führungsstruktur
Infolgedessen liegt der Gesamtreaktordruckverlust – Δp- Reaktor üblicherweise in der Größenordnung von Hunderten kPa (sagen wir 300 – 400 kPa) für Auslegungsparameter.
Es ist ein anschauliches Beispiel, vorherige Daten nicht entsprechen jedes Reaktordesign.
Beispiel: Reibungsdruckverlust – Kraftstoffbündel
Berechnen Sie den Reibungsdruckverlust eines einzelnen Brennstabs in einem Reaktorkern bei normalem Betrieb (Auslegungsdurchfluss). Angenommen, dieser Brennstab ist Teil eines Brennstoffbündels mit dem rechteckigen Brennstoffgitter und dieses Brennstoffbündel enthält keine Abstandsgitter. Seine Höhe beträgt h = 4 m und die Kernströmungsgeschwindigkeit ist konstant und gleich V Kern = 5 m / s.
Annehmen, dass:
- Der Außendurchmesser der Ummantelung beträgt: d = 2 xr Zr, 1 = 9,3 mm
- Die Steigung der Kraftstoffstifte beträgt: p = 13 mm
- die relative Rauheit beträgt & epsi ; / D = 5 · 10 & supmin; & sup4;
- Die Flüssigkeitsdichte beträgt : ρ = 714 kg / m 3
- Die Kernströmungsgeschwindigkeit ist konstant und gleich V Kern = 5 m / s
- Die durchschnittliche Temperatur des Reaktorkühlmittels beträgt: T Masse = 296 ° C.
Berechnung der Reynoldszahl
Um die Reynolds-Zahl zu berechnen , müssen wir wissen:
- Der Außendurchmesser der Ummantelung beträgt: d = 2 xr Zr, 1 = 9,3 mm (zur Berechnung des hydraulischen Durchmessers)
- Die Steigung der Kraftstoffstifte beträgt: p = 13 mm (zur Berechnung des Hydraulikdurchmessers)
- Die dynamische Viskosität von gesättigtem Wasser bei 300 ° C beträgt: μ = 0,0000859 Ns / m 2
- Die Flüssigkeitsdichte beträgt: ρ = 714 kg / m 3
Der hydraulische Durchmesser D h ist ein häufig verwendeter Begriff bei der Handhabung von Strömungen in nicht kreisförmigen Rohren und Kanälen . Der hydraulische Durchmesser des Brennstoffkanals , D h , ist gleich 13,85 mm .
Siehe auch: Hydraulikdurchmesser
Die Reynolds-Zahl innerhalb des Kraftstoffkanals ist dann gleich:
Dies erfüllt die turbulenten Bedingungen vollständig .
Berechnung des Darcy-Reibungsfaktors
Der Reibungsfaktor für turbulente Strömung hängt stark von der relativen Rauheit ab. Sie wird durch die Colebrook-Gleichung bestimmt oder kann unter Verwendung des Moody-Diagramms bestimmt werden . Das Moody-Diagramm für Re = 575 600 und ε / D = 5 x 10 -4 gibt folgende Werte zurück:
- Der Darcy-Reibungsfaktor ist gleich f D = 0,017
- Der Fanning-Reibungsfaktor ist gleich f F = f D / 4 = 0,00425
Daher ist der Druckverlustkoeffizient (nur Reibung vom geraden Rohr) gleich ξ = f D L / D H = 4,9 .
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