Was ist Fließsieden – Erzwungenes Konvektionssieden – Definition

Beim Fließsieden (oder erzwungenen Konvektionssieden) wird der Flüssigkeitsstrom durch externe Mittel wie eine Pumpe sowie durch Auftriebseffekte über eine Oberfläche gedrückt. Wärmetechnik

Fließsieden – Erzwungenes Konvektionssieden

Flow Boiling - SiedemodiBeim Fließsieden (oder erzwungenen Konvektionssieden) wird der Fluidstrom durch externe Mittel wie eine Pumpe sowie durch Auftriebseffekte über eine Oberfläche gedrückt. Daher wird das Fließsieden immer von anderen Konvektionseffekten begleitet. Die Bedingungen hängen stark von der Geometrie ab. Dies kann eine externe Strömung über beheizte Platten und Zylinder oder eine interne (Kanal-) Strömung sein. In Kernreaktoren werden die meisten Siedesysteme nur durch erzwungene konvektion gekocht . Das Fließsieden wird in Abhängigkeit davon, ob das Fluid gezwungen wird, über eine beheizte Oberfläche oder innerhalb eines beheizten Kanals zu fließen, entweder als externes oder internes Fließsieden klassifiziert.

Das sieden mit innerer Strömung ist von Natur aus viel komplizierter als das sieden mit äußerer Strömung, da keine freie Oberfläche für das Entweichen des Dampfes vorhanden ist und daher sowohl die Flüssigkeit als auch der Dampf gezwungen werden, zusammen zu fließen. Die Zweiphasenströmung in einem Rohr zeigt unterschiedliche Strömungssiedebedingungen, abhängig von den relativen Mengen der Flüssigkeits- und der Dampfphase. Daher wird internes erzwungenes Konvektionssieden üblicherweise als Zweiphasenströmung bezeichnet.

 

Alle Zweiphasenströmungsprobleme weisen Merkmale auf, die sich charakteristisch von denen unterscheiden, die bei Einphasenproblemen auftreten.

  • Bei Dampf und flüssigem Wasser unterscheidet sich die Dichte der beiden Phasen um den Faktor 1000 . Daher ist der Einfluss der Gravitationskörperkraft auf mehrphasige Strömungen von viel größerer Bedeutung als bei einphasigen Strömungen.
  • Die Schallgeschwindigkeit ändert sich dramatisch für Materialien, die einer Phasenänderung unterliegen, und kann um Größenordnungen unterschiedlich sein. Dies beeinflusst einen Durchfluss durch eine Öffnung erheblich .
  • Die relative Konzentration verschiedener Phasen ist normalerweise ein abhängiger Parameter von großer Bedeutung in Mehrphasenströmungen, während sie in Einphasenströmungen keine Bedeutung hat.
  • Die Phasenänderung bedeutet, dass strömungsinduzierte Druckabfälle eine weitere Phasenänderung verursachen können (z. B. kann Wasser durch eine Öffnung verdampfen), wodurch das relative Volumen des gasförmigen, komprimierbaren Mediums erhöht und die Ausströmgeschwindigkeiten erhöht werden, im Gegensatz zu einphasigen inkompressiblen Strömungen, bei denen eine abnimmt Die Öffnung würde die Ausflussgeschwindigkeiten verringern.
  • Die räumliche Verteilung der verschiedenen Phasen im Strömungskanal beeinflusst das Strömungsverhalten stark.
  • Es gibt viele Arten von Instabilitäten im Mehrphasenfluss.

Flow Boiling – Vertikaler Kanal

In diesem Kapitel untersuchen wir das Fließsieden in einem vertikalen Kanal eines Siedewasserreaktors . Das Sieden und die Wärmestromkurve ähneln denen beim sieden im Pool. Der Prozess findet auch in modernen Hochdruck-Zwangsumlaufkesseln statt.

In SWR gibt es ein Phänomen, das für die Reaktorsicherheit von höchster Bedeutung ist . Dieses Phänomen ist als “Austrocknung” bekannt und steht in direktem Zusammenhang mit Änderungen des Strömungsmusters während der Verdampfung. Normalerweise wird die Kraftstoffoberfläche durch siedendes Kühlmittel effektiv gekühlt. Wenn der Wärmefluss jedoch einen kritischen Wert überschreitet ( CHF – kritischer Wärmefluss ), kann das Flussmuster die Austrocknungsbedingungen erreichen (dünner Flüssigkeitsfilm verschwindet). Die Wärmeübertragung von der Kraftstoffoberfläche in das Kühlmittel wird durch eine drastisch erhöhte Kraftstoffoberflächentemperatur verschlechtert. In der hochwertigen Region tritt die Krise bei einem geringeren Wärmefluss auf. Da die Strömungsgeschwindigkeit im Dampfkern hoch ist, ist die Wärmeübertragung nach CHF viel besser als bei einem kritischen Fluss geringer Qualität (dh bei PWRs sind die Temperaturerhöhungen höher und schneller).

Fließsieden - AustrocknenTypische Strömungssiedemodi in einem vertikalen Kanal sind in der Figur dargestellt. Diese Abbildung zeigt die typische Reihenfolge der Strömungsregime, die vom Einlass zum Auslass eines beheizten Kanals auftreten . Am Einlass tritt die Flüssigkeit unterkühlt ein (bei einer niedrigeren Temperatur als der Sättigung). In diesem Bereich ist die Strömung einphasig. Wenn sich die Flüssigkeit erwärmt, steigt die Wandtemperatur entsprechend an. Wenn die Wandtemperatur die Sättigungstemperatur überschreitet (z. B. 285 ° C bei 6,8 MPa), beginnt das unterkühlte sieden der Keime . Blasen bilden Keime in der überhitzten thermischen Grenzschicht an der erhitzten Wand, neigen jedoch dazu, in der unterkühlten Masse zu kondensieren .

Ein weiterer Anstieg der Flüssigkeitstemperatur führt dazu, dass die flüssige Masse ihre Sättigungstemperatur erreicht und der konvektive Siedevorgang durch den Blasenstrom in den Schwallstrom übergeht . Ein zunehmender Hohlraumanteil führt dazu, dass die Struktur der Strömung instabil wird. Der Siedevorgang geht durch den Butzen- und Abwanderungsstrom in das Ringströmungsregime mit seinem charakteristischen Ringfilm der Flüssigkeit über. Bei bestimmten Kombinationen der Strömungsgeschwindigkeit durch einen Kanal, Druck, Strömungsqualität und lineare Wärmerate, die Wand kann Flüssigkeitsfilm erschöpfen und die Wand wird ausgetrocknet. Am Austrocknungspunkt steigt die Wandtemperatur deutlich an, um den angelegten Wärmefluss abzuleiten. Die Strömung nach dem Austrocknen ( Nebel- oder Tropfenströmung ) in dem beheizten Kanal ist unerwünscht, da das Vorhandensein eines solchen Strömungsregimes mit signifikant höheren Wandtemperaturen und starken Schwankungen der Wandtemperaturen einhergeht. Korrelationen, die zur Bestimmung der Wärmeübergangskoeffizienten im Zweiphasenstrom verwendet werden, werden nachstehend beschrieben.

Besondere Referenz: Tong, LS, Weisman, Joel. Thermische Analyse von Druckwasserreaktoren. Amer Nuclear Society, 3. Auflage, 5/1996. ISBN-13: 978-0894480386.

Einphasige erzwungene Konvektion – Wärmeübertragungskorrelation

Für eine vollständig entwickelte (hydrodynamisch und thermisch)  turbulente Strömung  in einem glatten kreisförmigen Rohr kann die lokale  Nusselt-Zahl  aus der bekannten  Dittus-Boelter-Gleichung erhalten werden . Die  Dittus ?? Boelter-Gleichung  ist leicht zu lösen, jedoch weniger genau, wenn ein großer Temperaturunterschied zwischen den  Flüssigkeiten besteht,  und für raue Rohre (viele kommerzielle Anwendungen) weniger genau, da sie auf glatte Rohre zugeschnitten ist.

Dittus-Boelter-Gleichung - Formel

Die  Dittus-Boelter-Korrelation  kann für kleine bis mäßige Temperaturunterschiede T wall  – T avg verwendet werden , wobei alle Eigenschaften bei einer gemittelten Temperatur T avg bewertet werden .

Bei Strömungen, die durch große Eigenschaftsschwankungen gekennzeichnet sind, müssen beispielsweise die Korrekturen (z. B. ein Viskositätskorrekturfaktor  μ / μ Wand ) berücksichtigt werden, wie von Sieder und Tate empfohlen.

Korrelationen des Siedens von Keimen – Fließsieden

McAdams-Korrelation

Bei voll entwickeltem Keimen mit gesättigtem Kühlmittel wird die Wandtemperatur durch lokalen Wärmefluss und Druck bestimmt und ist nur geringfügig von der Reynolds-Zahl abhängig . Für unterkühltes Wasser bei absoluten Drücken zwischen 0,1 und 0,6 MPa ergibt die McAdams-Korrelation :

Kernsieden - McAdams-Korrelation

Thom-Korrelation

Die Thom-Korrelation gilt für das Fließsieden (unterkühlt oder gesättigt bei Drücken bis zu etwa 20 MPa) unter Bedingungen, bei denen der Beitrag zum sieden der Keime gegenüber der erzwungenen Konvektion überwiegt. Diese Korrelation ist nützlich für eine grobe Schätzung der erwarteten Temperaturdifferenz angesichts des Wärmeflusses:

Blasensieden - Thom-Korrelation

Chens Korrelation

1963 schlug Chen die erste Strömungssiedekorrelation für die Verdampfung in vertikalen Rohren vor, um eine weit verbreitete Verwendung zu erreichen. Chens Korrelation umfasst sowohl die Wärmeübergangskoeffizienten aufgrund des Siedens von Keimen als auch erzwungene Konvektionsmechanismen. Es ist zu beachten, dass bei höheren Dampfanteilen der Wärmeübergangskoeffizient stark mit der Durchflussrate variiert. Die Strömungsgeschwindigkeit in einem Kern kann sehr hoch sein und sehr hohe Turbulenzen verursachen. Dieser Wärmeübertragungsmechanismus wurde als “erzwungene Konvektionsverdampfung” bezeichnet. Es wurden keine geeigneten Kriterien festgelegt, um den Übergang vom sieden der Keime zur erzwungenen Konvektionsverdampfung zu bestimmen. Eine einzige Korrelation, die sowohl für das sieden von Keimen als auch für die erzwungene Konvektionsverdampfung gilt, wurde von Chen für gesättigte Siedebedingungen entwickelt und um das unterkühlte sieden durch andere erweitert. Chen schlug eine Korrelation vor, bei der der Wärmeübergangskoeffizient die Summe einer erzwungenen Konvektionskomponente und eines Siedens der Keime istKomponente. Es muss angemerkt werden, dass die Korrelation des Siedepunktsiedens von Forster und Zuber (1955) verwendet wird, um den Wärmeübergangskoeffizienten des Siedens von Nukleaten zu berechnen , h FZ und die Korrelation der turbulenten Strömung von Dittus-Boelter (1930), um die Flüssigphase zu berechnen konvektiver Wärmeübergangskoeffizient, h l .

Chens-Korrelation - Forster-Zuber

Der Keimunterdrückungsunterdrückungsfaktor S ist das Verhältnis der effektiven Überhitzung zur Wandüberhitzung. Dies führt zu einer verringerten Wärmeübertragung beim sieden, da die effektive Überhitzung über die Grenzschicht geringer ist als die Überhitzung basierend auf der Wandtemperatur. Der Zweiphasenmultiplikator F ist eine Funktion des Martinelli-Parameters χ tt .

Siedekrise – kritischer Wärmestrom

Dryout vs. DNBWie bereits geschrieben, sind in Kernreaktoren Einschränkungen des lokalen Wärmeflusses für die Reaktorsicherheit von höchster Bedeutung. Bei Druckwasserreaktoren und auch bei Siedewasserreaktoren gibt es thermohydraulische Phänomene, die zu einer plötzlichen Abnahme der Effizienz der Wärmeübertragung führen (genauer gesagt des Wärmeübergangskoeffizienten ). Diese Phänomene treten bei einem bestimmten Wert des Wärmeflusses auf, der als „ kritischer Wärmefluss “ bezeichnet wird. Die Phänomene, die die Verschlechterung der Wärmeübertragung verursachen, sind für PWRs und für BWRs unterschiedlich.

Bei beiden Reaktortypen ist das Problem mehr oder weniger mit der Abweichung vom Sieden der Keime verbunden. Der Wärmefluss beim sieden der Keime kann nicht unbegrenzt erhöht werden. Bei einem bestimmten Wert, den wir als „ kritischen Wärmefluss “ ( CHF ) bezeichnen, kann der erzeugte Dampf eine Isolierschicht über der Oberfläche bilden, was wiederum den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtert. Unmittelbar nach Erreichen des kritischen Wärmeflusses wird das sieden instabil und es tritt ein Filmsieden auf. Der Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden wird als „ Siedekrise “ bezeichnet. Wie geschrieben wurde, sind die Phänomene, die die Verschlechterung der Wärmeübertragung verursachen, für PWRs und für BWRs unterschiedlich.

Abfahrt vom Blasensieden – DNB

DNBR - Abweichung vom KeimkochverhältnisIm Fall von PWRs wird das kritische Sicherheitsproblem als DNB ( Abweichung vom Sieden der Keime ) bezeichnet, was zur Bildung einer lokalen Dampfschicht führt , was zu einer dramatischen Verringerung der Wärmeübertragungsfähigkeit führt. Dieses Phänomen tritt im unterkühlten Bereich oder im Bereich geringer Qualität auf. Das Verhalten der Siedekrise hängt von vielen Strömungsbedingungen (Druck, Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit) ab, aber die Siedekrise tritt bei relativ hohen Wärmeströmen auf und scheint mit der an die Oberfläche angrenzenden Blasenwolke verbunden zu sein. Diese Blasen oder Dampffilme reduzieren die Menge des einströmenden Wassers. Da dieses Phänomen den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtert und der Wärmefluss erhalten bleibt, sammelt sich Wärme anin dem Brennstab verursacht dramatischen Anstieg von Mantel- und Kraftstofftemperatur . Es ist einfach eine sehr hohe Temperaturdifferenz erforderlich, um den kritischen Wärmefluss, der von der Oberfläche des Brennstabs erzeugt wird, auf das Reaktorkühlmittel (durch die Dampfschicht) zu übertragen.

Im Fall von PWRs ist der kritische Fluss ein invertierter Ringfluss, während in BWRs der kritische Fluss normalerweise ein Ringfluss ist. Der Unterschied im Flussregime zwischen dem Fluss nach dem Austrocknen und dem Fluss nach dem DNB ist in der Abbildung dargestellt. Bei PWRs im Normalbetrieb wird der Durchfluss als einphasig betrachtet. Es wurden jedoch zahlreiche Studien zur Art der Zweiphasenströmung bei Transienten und Unfällen (z. B. Unfall mit Kühlmittelverlust – LOCA oder Auslösung von RCPs ) durchgeführt, die für die Reaktorsicherheit und für die Reaktorsicherheit von Bedeutung sind muss im Sicherheitsanalysebericht (SAR) nachgewiesen und deklariert werden .

In Druckwasserreaktoren besteht eine der wichtigsten Sicherheitsanforderungen darin, dass während des stationären Betriebs, normaler Betriebstransienten und erwarteter Betriebsereignisse (AOOs) keine Abweichung vom Blasensieden (DNB) auftritt. Die Integrität der Kraftstoffverkleidung bleibt erhalten, wenn der Mindest-DNBR über dem 95/95-DNBR-Grenzwert für PWRs liegt (eine Wahrscheinlichkeit von 95% bei einem Konfidenzniveau von 95%). Das DNB-Kriterium ist eines der Akzeptanzkriterien in Sicherheitsanalysen und stellt eine der Sicherheitsgrenzen in technischen Spezifikationen dar.

Kritischer Wärmestrom für DNB – Korrelationen

Wie geschrieben, die Siedekrise können wie folgt eingestuft werden Austrocknen im hochwertigen Bereich und (wird weiter unten beschrieben DNB) Abfahrt von Blasensieden (DNB) in der unterkühlten oder minderwertigen Region (ungefährer Qualitätsbereich: -5% bis + 5%). Der kritische Wärmefluss wird jedoch für beide Regime verwendet.

DNB – W-3 Korrelation

Eine der bekanntesten Konstruktionskorrelationen zur Vorhersage der Abweichung vom Sieden von Keimen ist die W-3-Korrelation , die Tong in der Westinghouse Atomic Power Division entwickelt hat . Sie ist anwendbar für die unterkühlten und niedriger bis mäßiger Qualität flows.The W-3 Korrelation ist eine Funktion der Kühlmittel Enthalpie (gesättigt und Einlass), Druck , Qualität und der Kühlmittelmassenstrom:

CHF - Kritischer Wärmestrom - Korrelation

Die Korrelation W-3 gilt für den kritischen Wärmefluss in gleichmäßig beheizten Kanälen. Um ungleichmäßige Wärmeströme zu berücksichtigen, führte Tong den Korrekturfaktor F ein.

Besondere Referenz: Tong, LS, Weisman, Joel. Thermische Analyse von Druckwasserreaktoren. Amer Nuclear Society, 3. Auflage, 5/1996. ISBN-13: 978-0894480386.

Cold Wall Factor – CWF

Tong, LS und Weisman, Joel führen auch einen neuen Faktor ein, der als „ Kaltwandfaktor “ bekannt ist und CHF in einem Kanal korrigiert, der eine nicht beheizte Wand enthält (z. B. Kanal neben dem Führungsrohr der Steuerstange). In diesen Kanälen baut sich entlang der kalten Wand ein Flüssigkeitsfilm auf, und dieses Fluid kühlt die erhitzte Oberfläche nicht wirksam, und das die erhitzte Oberfläche kühlende Fluid weist eine höhere Enthalpie auf als ohne Annahme einer kalten Wand berechnet. Es ist zu beachten, dass angenommen wird, dass die kalte Wand die Wärmeübertragung im Vergleich zum Kanal verschlechtert, wenn alle Seiten mit der gleichen Volumenaustrittsenthalpie erwärmt werden .

CHF Nachschlagetabellen

CHF-Nachschlagetabellen werden häufig zur Vorhersage des kritischen Wärmeflusses (CHF) verwendet. Die CHF-Nachschlagetabelle ist im Grunde eine normalisierte Datenbank für ein vertikales wassergekühltes 8-mm-Rohr. Die CHF-Nachschlagetabelle von 2006 basiert auf einer Datenbank mit mehr als 30.000 Datenpunkten und deckt die Bereiche von 0,1–21 MPa Druck, 0–8000 kg.m –2 .s -1 ab ( Nullfluss bezieht sich auf Poolsieden Bedingungen) Massenfluss und –0,5 bis 1 Dampfqualität (negative Eigenschaften beziehen sich auf unterkühlte Bedingungen).

Spezielle Referenz: GROENEVELD, DC et al., Nachschlagetabelle 2006, Nuclear Engineering and Design 237 (2007), 1909–1922.

Abweichung vom Nucleate Boiling Ratio – DNBR

Wie bereits geschrieben, wird im Fall von PWRs das kritische Sicherheitsproblem als DNB ( Abweichung vom sieden der Keime ) bezeichnet, was zur Bildung einer lokalen Dampfschicht führt und die Wärmeübertragungsfähigkeit dramatisch verringert. Beachten Sie, dass auch bei BWRs, die ein Axialleistungsprofil mit deutlich niedrigerer Spitze aufweisen, das DNB-Risiko berücksichtigt werden muss.

DNB tritt auf, wenn der lokale Wärmefluss den Wert des kritischen Wärmeflusses erreicht. Dieses Phänomen tritt im Bereich unterkühlter oder minderwertiger Qualität auf (ungefährer Qualitätsbereich: von –5% bis + 5%). Das Verhalten dieser Art von Krise siedenden hängt von vielen Strömungsbedingungen (Druck, Temperatur, Durchfluss), da der kritische Wärmefluß allgemeines eine Funktion der Kühlmittel  – Enthalpie  (gesättigt und Einlass),  Druck ,  Qualität  und dem Kühlmittelmassenstrom:

CHF - Kritischer Wärmestrom - Korrelation

Diese Art der Siedekrise tritt bei relativ hohen Wärmeströmen auf und scheint mit der Blasenwolke neben der Oberfläche verbunden zu sein. Diese Blasen oder Dampffilme reduzieren die Menge des einströmenden Wassers. Da dieses Phänomen der Wärmeübergangskoeffizient und der Wärmefluss bleibt verschlechtert, dann Wärme akkumuliert in dem Brennstab verursacht dramatischen Anstieg der Mantel- und Kraftstofftemperatur . Es ist einfach eine sehr hohe Temperaturdifferenz erforderlich, um den kritischen Wärmefluss, der von der Oberfläche des Brennstabs erzeugt wird, auf das Reaktorkühlmittel (durch die Dampfschicht) zu übertragen. Im Fall von PWRs ist der kritische Fluss ein invertierter Ringfluss, während in BWRs der kritische Fluss normalerweise ein Ringfluss ist.

In Druckwasserreaktoren besteht eine der wichtigsten Sicherheitsanforderungen darin, dass während des stationären Betriebs, normaler Betriebstransienten und erwarteter Betriebsereignisse (AOOs) keine Abweichung vom Blasensieden (DNB) auftritt. Die Integrität der Kraftstoffverkleidung bleibt erhalten, wenn der Mindest- DNBR über dem 95 / 95- DNBR-Grenzwert für PWRs liegt (eine Wahrscheinlichkeit von 95% bei einem Konfidenzniveau von 95%). Das DNB-Kriterium ist eines der Akzeptanzkriterien in Sicherheitsanalysen und stellt eine der Sicherheitsgrenzen in technischen Spezifikationen dar. Es ist unnötig zu erwähnen, dass die Festlegung eines minimalen DNB-Verhältnisses die Auslegung wassergekühlter Reaktoren erheblich einschränkt. Dieses Phänomen begrenzt die maximale Wärmeleistung jedes PWR.

Das DNB-Verhältnis (DNBR – Abweichung vom Nucleate Boiling Ratio) ist das Maß für den Abstand zum kritischen Wärmefluss. DNBR ist definiert als:

der kritische Wärmefluss an einem bestimmten Ort und bestimmte Kühlmittelparameter geteilt durch den lokalen Betriebswärmefluss an diesem Ort .

DNBR - Definition

Der Reaktorkern muss so ausgelegt sein, dass der DNBR während des stationären Betriebs, normaler Betriebstransienten und erwarteter Betriebsereignisse (AOOs) größer als der minimal zulässige Wert (als Korrelationsgrenze bezeichnet) bleibt. Zur Vorhersage der Abweichung vom Sieden der Keime kann CHF beispielsweise unter Verwendung der W-3-Korrelation bestimmt werden, die bei der Westinghouse Atomic Power Division entwickelt wurde. Wenn diese Korrelation perfekt wäre (ohne Unsicherheiten), wäre das Kriterium einfach:

DNBR - Kriterium

Der lokale Wärmefluss muss niedriger als der kritische Wärmefluss sein (dh DNBR muss höher als eins sein).

DNBR - Abweichung vom KeimkochverhältnisIn Wirklichkeit ist jedoch keine Korrelation perfekt und es müssen Unsicherheiten in diese Berechnung einbezogen werden. Diese Unsicherheitsbänder oder Fehlergrenzen legen einen akzeptablen Mindestwert für das DNB-Verhältnis fest, der erheblich größer als eins sein kann, wie in der Abbildung angegeben. Die Unsicherheiten können etwa 20% erreichen, und daher muss der DNBR größer sein als beispielsweise DNBR lim = 1,2 .

Wie aus der Figur ersichtlich ist, nimmt der CHF mit zunehmender Kühlmittelenthalpie signifikant ab, daher liegt der minimale Wert von DNBR nicht notwendigerweise in der Mitte des Kerns. Das minimale DNB-Verhältnis (MDNBR) tritt an der Stelle auf, an der der kritische Wärmefluss und der Betriebswärmefluss am nächsten sind, und befindet sich normalerweise im oberen Teil des Kerns. Darüber hinaus würden wir an dem Kanaleinlass, an dem die Kühlmittelunterkühlung am höchsten ist, erwarten, dass der Wärmefluss, der erforderlich ist, um DNB an dieser Stelle zu verursachen, extrem hoch ist. Andererseits sollte am Kanalausgang, wo die Kühlmittelenthalpie am höchsten ist, der Wärmefluss, der erforderlich ist, um DNB zu verursachen, am niedrigsten sein.

Besondere Referenz: Tong, LS, Weisman, Joel. Thermische Analyse von Druckwasserreaktoren. Amer Nuclear Society, 3. Auflage, 5/1996. ISBN-13: 978-0894480386.

kritischer Wärmefluss gegen lokalen Wärmefluss

Wärmeübertragung nach DNB

Der Wärmefluss beim sieden der Keime kann nicht unbegrenzt erhöht werden. Bei einem bestimmten Wert, den wir als „ kritischen Wärmefluss “ ( CHF ) bezeichnen, kann der erzeugte Dampf eine Isolierschicht über der Oberfläche bilden, was wiederum den Wärmeübergangskoeffizienten verschlechtert. Dies liegt daran, dass ein großer Teil der Oberfläche von einem Dampffilm bedeckt ist, der aufgrund der im Vergleich zu der Flüssigkeit geringen Wärmeleitfähigkeit des Dampfes als Wärmedämmung wirkt. Unmittelbar nach Erreichen des kritischen Wärmeflusses wird das sieden instabil und es tritt ein Übergangssieden auf. Der Übergang vom Blasensieden zum Filmsieden wird als „ Siedekrise “ bezeichnet. Da jenseits des CHF-Punktes der Wärmeübergangskoeffizient abnimmt, ist der Übergang zum Filmsieden normalerweise unvermeidlich.

Siedekurve - SiedemodiEine weitere Erhöhung des Wärmeflusses ist nicht erforderlich, um das Filmsieden aufrechtzuerhalten. Ein Dampffilm bedeckt die Oberfläche vollständig. Dies verringert den Konvektionskoeffizienten erheblich, da die Dampfschicht eine wesentlich geringere Wärmeübertragungsfähigkeit aufweist. Infolgedessen schießt die Übertemperatur auf einen sehr hohen Wert. Jenseits des Leidenfrostpunkts bedeckt ein kontinuierlicher Dampffilm die Oberfläche und es besteht kein Kontakt zwischen der flüssigen Phase und der Oberfläche. In dieser Situation erfolgt die Wärmeübertragung sowohl durch Strahlung als auch durch Leitung zum Dampf. Die beheizte Oberfläche stabilisiert stabilisiert die Temperatur am Punkt E (siehe Abbildung). Wenn das Material nicht stark genug ist, um dieser Temperatur standzuhalten, versagt das Gerät durch Beschädigung des Materials.

Kritisches Leistungsverhältnis – Austrocknung

Fließsieden - AustrocknenIn SWRs ist ein ähnliches Phänomen als „Austrocknung“ bekannt und steht in direktem Zusammenhang mit Änderungen des Strömungsmusters während der Verdampfung im Bereich hoher Qualität. Bei bestimmten Kombinationen der Strömungsgeschwindigkeit durch einen Kanal, Druck, Strömungsqualität und lineare Wärmerate, die Wand kann Flüssigkeitsfilm erschöpfen und die Wand wird ausgetrocknet . Normalerweise wird die Kraftstoffoberfläche durch siedendes Kühlmittel effektiv gekühlt. Wenn der Wärmefluss jedoch einen kritischen Wert überschreitet (CHF – kritischer Wärmefluss), kann das Flussmuster die Austrocknungsbedingungen erreichen (dünner Flüssigkeitsfilm verschwindet). Die Wärmeübertragung von der Kraftstoffoberfläche in das Kühlmittel wird durch a verschlechtert drastisch erhöhte Kraftstoffoberflächentemperatur . In der hochwertigen Region tritt die Krise bei einem geringeren Wärmefluss auf. Da die Strömungsgeschwindigkeit im Dampfkern hoch ist, ist die Wärmeübertragung nach CHF viel besser als bei einem kritischen Fluss geringer Qualität (dh bei PWRs sind die Temperaturerhöhungen höher und schneller).

In diesem Fall definieren die Ingenieure Parameter, die als Minimum Critical Power Ratio (MCPR) anstelle von DNBR bezeichnet werden. Das kritische Leistungsverhältnis (CPR) wird zur Bestimmung der thermischen Grenzen von Siedewasserreaktoren verwendet.

Definition von CPR:

Die CPR ist die Leistung in der Baugruppe, die durch Anwendung der entsprechenden Korrelation (en) berechnet wird, um zu bewirken, dass an einem bestimmten Punkt in der Baugruppe ein Siedeübergang auftritt, geteilt durch die tatsächliche Betriebsleistung der Baugruppe.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: [email protected] oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.