Interner Fluss
In der Fluiddynamik ist der interne Fluss ein Fluss, für den das Fluid durch eine Oberfläche begrenzt ist . Detaillierte Kenntnisse über das Verhalten interner Strömungsregime sind in der Technik von Bedeutung, da kreisförmige Rohre hohen Drücken standhalten können und daher zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet werden. Nicht kreisförmige Kanäle werden zum Transport von Niederdruckgasen wie Luft in Kühl- und Heizsystemen verwendet. Die interne Strömungskonfiguration ist eine praktische Geometrie für Heiz- und Kühlflüssigkeiten, die in Energieumwandlungstechnologien wie Kernkraftwerken verwendet werden .
Für das interne Strömungsregime ist ein Eingangsbereich typisch. In diesem Bereich konvergiert eine nahezu nichtviskose stromaufwärtige Strömung und tritt in das Rohr ein. Zur Charakterisierung dieser Region wird die hydrodynamische Eintrittslänge eingeführt, die ungefähr gleich ist:
Die maximale hydrodynamische Eintrittslänge bei Re D, krit = 2300 ( laminare Strömung ) beträgt L e = 138d, wobei D der Durchmesser des Rohrs ist. Dies ist die längste mögliche Entwicklungslänge. Bei turbulenter Strömung wachsen die Grenzschichten schneller und L e ist relativ kürzer. Für jedes gegebene Problem muss L e / D überprüft werden , um festzustellen , ob L e im Vergleich zur Rohrlänge vernachlässigbar ist. In einem endlichen Abstand vom Eingang können die Eingangseffekte vernachlässigt werden, da die Grenzschichten verschmelzen und der nichtviskose Kern verschwindet. Der Rohrstrom ist dann voll entwickelt .
Hydraulikdurchmesser
Um die Berechnungen weiter zu vereinfachen und den Anwendungsbereich zu erweitern , wird der hydraulische Durchmesser eingeführt:
Der hydraulische Durchmesser D h ist ein häufig verwendeter Begriff bei der Handhabung des Durchflusses in nicht kreisförmigen Rohren und Kanälen . Der hydraulische Durchmesser wandelt unrunde Kanäle in Rohre mit gleichem Durchmesser um . Mit diesem Begriff kann man viele Dinge auf die gleiche Weise berechnen wie mit einem runden Rohr. In dieser Gleichung ist A die Querschnittsfläche und P ist der benetzte Umfang des Querschnitts.
Die meisten industriellen Strömungen, insbesondere in der Nukleartechnik, sind turbulent . Bei der Analyse einzelner gerader Rohre unter der Annahme eines unidirektionalen Flusses hängen geometrische und kinematische Probleme bei der Rohrkonstruktion vom Moody-Diagramm ab und können wie folgt gruppiert werden:
- Bewerten Sie die erforderlichen Pumpeneigenschaften ( QH-Eigenschaften ) basierend auf dem berechneten Druckabfall Δp, um eine gegebene maximale Durchflussrate zu übermitteln.
- Berechnen Sie einen bestimmten Druckabfall für das Rohr mit dem Durchmesser D, der angegebenen Rohrlänge und Durchflussrate. Dieses Problem erfordert ein iteratives Verfahren, da die Reynolds-Zahl und damit der Reibungsfaktor f nicht bekannt ist.
- Berechnen Sie die Durchflussrate Q für eine bestimmte Rohrgeometrie (D, L, ε / D ) und einen Druckabfall, wobei ε / D die relative Oberflächenrauheit ist. Dieses Problem erfordert ein iteratives Verfahren, da die Reynolds-Zahl und damit der Reibungsfaktor f nicht bekannt ist.
Beispiel: Reynolds-Nummer für eine Primärleitung und ein Kraftstoffbündel
Es ist ein veranschaulichendes Beispiel, die folgenden Daten entsprechen keinem Reaktordesign.
Druckwasserreaktoren werdendurch flüssiges Hochdruckwasser (z. B. 16 MPa)gekühlt und moderiert . Bei diesem Druck kocht Wasser bei ungefähr 350 ° C (662 ° F). Die Einlasstemperatur des Wassers beträgt ca. 290 ° C (~ 720 kg / m 3 ). Das Wasser (Kühlmittel) wird im Reaktorkern auf ungefähr 325 ° C (~ 654 kg / m 3 )erhitzt,während das Wasser durch den Kern fließt.
Der Primärkreislauf typischer PWRs ist in 4 unabhängige Kreisläufe (Rohrdurchmesser ~ 700 mm) unterteilt, wobei jeder Kreislauf einen Dampferzeuger und eine Hauptkühlmittelpumpe umfasst . Im Reaktordruckbehälter (RPV) fließt das Kühlmittel zunächst außerhalb des Reaktorkerns (durch das Fallrohr ) nach unten . Vom Boden des Druckbehälters wird die Strömung durch den Kern umgekehrt, wo die Kühlmitteltemperatur ansteigt, wenn sie durch die Brennstäbe und die von ihnen gebildeten Baugruppen fließt.
Annehmen:
- Die Strömungsgeschwindigkeit der Primärleitung ist konstant und beträgt 17 m / s.
- Die Kernströmungsgeschwindigkeit ist konstant und beträgt 5 m / s.
- der hydraulische Durchmesser des Brennstoffkanals , D h , gleich 2 cm
- Die kinematische Viskosität des Wassers bei 290 ° C beträgt 0,12 × 10 –6 m 2 / s
Siehe auch: Beispiel: Durchflussrate durch einen Reaktorkern
Bestimmen
- das Strömungsregime und die Reynolds-Zahl innerhalb des Kraftstoffkanals
- das Strömungsregime und die Reynolds-Zahl innerhalb der Primärleitung
Die Reynolds-Zahl in der Primärleitung ist gleich:
Re D = 17 [m / s] × 0,7 [m] / 0,12 × 10 –6 [m 2 / s] = 99 000 000
Dies erfüllt die turbulenten Bedingungen vollständig .
Die Reynolds-Zahl im Kraftstoffkanal ist gleich:
Re DH = 5 [m / s] × 0,02 [m] / 0,12 × 10 –6 [m 2 / s] = 833 000
Dies erfüllt auch die turbulenten Bedingungen vollständig .
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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: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.
