Qu’est-ce qu’un flux interne – Définition

Flux interne

En dynamique des fluides, le flux interne est un flux pour lequel le fluide est confiné par une surface . Une connaissance détaillée du comportement des régimes d’écoulement internes est importante en ingénierie, car les tuyaux circulaires peuvent résister à des pressions élevées et sont donc utilisés pour transporter des liquides. Les conduits non circulaires sont utilisés pour transporter des gaz à basse pression, tels que l’air dans les systèmes de refroidissement et de chauffage. La configuration du flux interne est une géométrie pratique pour les fluides de chauffage et de refroidissement utilisés dans les technologies de conversion d’énergie telles que les centrales nucléaires .

Pour le régime d’écoulement interne, une région d’entrée est typique. Dans cette région, un flux amont presque non visqueux converge et pénètre dans le tube. Pour caractériser cette région, la longueur d’entrée hydrodynamique est introduite et est approximativement égale à:

La longueur d’entrée hydrodynamique maximale, à Re _{D, crit}  = 2300 ( flux laminaire ), est L _e = 138d, où D est le diamètre du tuyau. Il s’agit de la plus longue durée de développement possible. Dans un écoulement turbulent , les couches limites croissent plus rapidement et L _e  est relativement plus courte. Pour tout problème donné, L _e  / D doit être vérifié pour voir si L _e  est négligeable par rapport à la longueur du tuyau. À une distance finie de l’entrée, les effets d’entrée peuvent être négligés, car les couches limites fusionnent et le noyau non visqueux disparaît. L’écoulement du tube est alors complètement développé .

Diamètre hydraulique

Pour simplifier davantage les calculs et élargir la gamme d’applications , le diamètre hydraulique est introduit:

Le diamètre hydraulique, D _h , est un terme couramment utilisé pour gérer le débit dans des tubes et canaux non circulaires . Le diamètre hydraulique transforme les conduits non circulaires en tuyaux de diamètre équivalent . En utilisant ce terme, on peut calculer beaucoup de choses de la même manière que pour un tube rond. Dans cette équation, A est l’ aire de la section transversale et P est le périmètre mouillé de la section transversale.

La plupart des flux industriels, en particulier ceux du génie nucléaire, sont turbulents . Pour l’analyse d’un seul tuyau droit, en supposant un écoulement unidirectionnel, les problèmes de conception de tuyaux géométriques et cinématiques reposent sur le diagramme de Moody et peuvent être regroupés comme suit:

• Évaluer les caractéristiques de pompe nécessaires (caractéristiques QH ) sur la base de la chute de pression calculée Δp afin de véhiculer un débit maximal donné.
• Calculez une chute de pression spécifiée pour le tuyau de diamètre D, de longueur de tuyau et de débit donnés. Ce problème nécessite une procédure itérative car le nombre de Reynolds , et donc le facteur de friction f, n’est pas connu.
• Calculez le débit Q pour une géométrie de tuyau donnée (D, L, ε / D ) et la perte de charge, où ε / D est la rugosité de surface relative. Ce problème nécessite une procédure itérative car le nombre de Reynolds, et donc le facteur de friction f, n’est pas connu.

Exemple: nombre de Reynolds pour une tuyauterie primaire et un faisceau de combustible

Il s'agit d'un exemple illustratif, les données suivantes ne correspondent à aucune conception de réacteur.

Les réacteurs à eau sous pression sont refroidis et modérés par de l’eau liquide à haute pression (par exemple 16 MPa). À cette pression, l’eau bout à environ 350 ° C (662 ° F). La température d’entrée de l’eau est d’environ 290 ° C (⍴ ~ 720 kg / m ³ ). L’eau (liquide de refroidissement) est chauffée dans le cœur du réacteur à environ 325 ° C (65 ~ 654 kg / m ³ ) lorsque l’eau s’écoule à travers le cœur .

Le circuit primaire des REP typiques est divisé en 4 boucles indépendantes (diamètre de la tuyauterie ~ 700 mm), chaque boucle comprend un générateur de vapeur et une pompe de refroidissement principale . À l’intérieur de la cuve du réacteur (RPV), le liquide de refroidissement descend d’abord à l’extérieur du cœur du réacteur (à travers le tuyau de descente ). Depuis le fond de l’enceinte sous pression, le flux est inversé vers le haut à travers le cœur, où la température du liquide de refroidissement augmente lors de son passage à travers les crayons de combustible et les assemblages formés par eux.

Présumer:

• la vitesse d’écoulement des canalisations primaires est constante et égale à 17 m / s,
• la vitesse d’écoulement à cœur est constante et égale à 5 m / s,
• le diamètre hydraulique du canal de carburant , D _h , est égal à 2 cm
• la viscosité cinématique de l’eau à 290 ° C est égale à 0,12 x 10 ^-6 m ² / s

Voir aussi: Exemple: débit à travers un cœur de réacteur

Déterminer

• le régime d’écoulement et le nombre de Reynolds à l’intérieur du canal de carburant
• le régime d’écoulement et le nombre de Reynolds à l’intérieur de la tuyauterie primaire

Le nombre de Reynolds à l’intérieur de la tuyauterie primaire est égal à:

Re _D = 17 [m / s] x 0,7 [m] / 0,12 × 10 ^-6 [m ² / s] = 99 000 000

Cela satisfait pleinement les conditions turbulentes .

Le nombre de Reynolds à l’intérieur du canal de carburant est égal à:

Re _DH = 5 [m / s] x 0,02 [m] / 0,12 × 10 ^-6 [m ² / s] = 833 000

Cela satisfait également pleinement les conditions turbulentes.