Теплогидравлика

Теплогидравлика (также называемая термогидравликой ) — это исследование гидравлического потока в тепловых жидкостях . Эту область можно в основном разделить на три части: термодинамику , механику жидкости и теплообмен , но они часто тесно связаны друг с другом. Типичным примером является пара на электростанциях и связанная с этим передача энергии в механическое движение и изменение состояния воды выработка при этом процессе. Теплогидравлический анализ может определить важные параметры конструкции реактора, такие как эффективность установки и охлаждаемость системы. ^{[ 1 ]}

Распространенные прилагательные: «термогидравлический», «теплогидравлический» и «теплогидравлический».

Термодинамический анализ

При термодинамическом анализе предполагается, что все состояния, определенные в системе, находятся в термодинамическом равновесии ; каждое состояние имеет механическое, тепловое и фазовое равновесие, и макроскопических изменений во времени нет. Для анализа системы можно применить первый закон и второй закон термодинамики. ^{[ 2 ]}

В анализе электростанции ряд состояний может составлять цикл . В этом случае каждое состояние представляет состояние на входе/выходе отдельного компонента. Примером компонентов являются насос- компрессор , турбина , реактор и теплообменник . Рассмотрев материальное уравнение для данного типа жидкости, можно проанализировать термодинамическое состояние каждой точки. В результате можно определить термический КПД цикла.

Примеры цикла включают цикл Карно , цикл Брайтона и цикл Ренкина . На основе простого цикла также существует модифицированный или комбинированный цикл.

Параметр термогидравлического улучшения (THIP)

Авторы (Саху и др.[6]) заметили, что термогидравлический параметр (THP) менее чувствителен к коэффициенту улучшения коэффициента трения (FFER). Отклонение между членами (fR/fS) и (fR/fS)0,33 обнаружено от 48 % до 64 % для диапазона шероховатости и других параметров с (Re) 2900–14 000, который использовался для настоящего исследования. Поэтому для оценки в равных пропорциях улучшения теплопередачи (Nu) и коэффициента трения (f) в тепловых системах был предложен и введен с использованием настоящей работы новый параметр, который более реалистичен и назван «Термогидравлическое улучшение». Параметр (THIP), и его можно оценить как отношение (NNIF) к (FFIF)[6].

Где (NNIF) = коэффициент улучшения числа Нуссельта и (FFIF) = Коэффициент улучшения коэффициента трения

Распределение температуры

Температура — важная величина, которую необходимо знать для понимания системы. Свойства материала, такие как плотность , теплопроводность , вязкость и теплоемкость , зависят от температуры, а очень высокая или низкая температура может привести к неожиданным изменениям в системе. В твердом теле уравнение теплопроводности можно использовать для получения распределения температуры внутри материала с заданной геометрией.

Для стационарного и статического случая уравнение теплопроводности можно записать как

0=\,\nabla \cdot k\,\nabla T\ \ +q'''

где закон проводимости Фурье применяется .

Применение граничных условий дает решение для распределения температуры.

Однофазная теплопередача

При однофазной теплопередаче конвекция часто является доминирующим механизмом теплопередачи. Для адиабатического течения, когда поток получает тепло, температура теплоносителя изменяется по мере его течения. Примером однофазной теплопередачи является реактор с газовым охлаждением и реактор с расплавленной солью .

Наиболее удобный способ характеристики однофазной теплопередачи основан на эмпирическом подходе, при котором разность температур между стенкой и объемным потоком может быть получена из коэффициента теплопередачи . Коэффициент теплопередачи зависит от нескольких факторов: режима теплопередачи (например, внутренний или внешний поток ), типа жидкости, геометрии системы, режима течения (например, ламинарный или турбулентный поток ), граничных условий и т. д.

Примерами корреляций теплопередачи являются корреляция Диттуса-Бельтера (турбулентная вынужденная конвекция ), Черчилля и Чу ( естественная конвекция ).

Многофазная теплопередача

По сравнению с однофазной теплопередачей, теплопередача с фазовым переходом является эффективным способом теплопередачи. Обычно он имеет высокое значение коэффициента теплопередачи из-за большого значения скрытой теплоты фазового перехода с последующим вынужденным перемешиванием потока. Теплопередача при кипении и конденсации связана с широким кругом явлений.

Кипение в бассейне

Кипение в бассейне – это кипение в застойной жидкости. Его поведение хорошо описывается кривой кипения Нукиямы , ^{[ 3 ]} который показывает связь между величиной поверхностного перегрева и приложенным тепловым потоком на поверхность. При различной степени перегрева кривая состоит из естественной конвекции, начала пузырькового кипения, пузырькового кипения , критического теплового потока , переходного кипения и пленочного кипения. Каждый режим имеет свой механизм теплопередачи и различное соотношение коэффициента теплопередачи.

Проточное кипение

Проточное кипение – это кипение в проточной жидкости. По сравнению с кипением в бассейне, теплопередача при кипении в потоке зависит от многих факторов, включая давление потока, массовый расход, тип жидкости, состояние на входе, материалы стенок, геометрию системы и приложенный тепловой поток. Характеристика кипения потока требует всестороннего учета условий эксплуатации. ^{[ 4 ]} В 2021 году прототип зарядного кабеля для электромобилей с использованием кипячения в потоке смог отвести 24,22 кВт тепла, что позволило зарядному току достичь 2400 ампер, что намного выше, чем у современных зарядных кабелей, максимальная сила которых составляет 520 ампер. ^{[ 5 ]}

Критический тепловой поток

Коэффициент теплопередачи из-за пузырькового кипения увеличивается с перегревом стенок, пока не достигнет определенной точки. Когда приложенный тепловой поток превышает определенный предел, теплопередающая способность потока снижается или существенно падает. Обычно критический тепловой поток соответствует DNB в PWR и осушению в BWR . Снижение коэффициента теплопередачи, наблюдаемое после DNB или после сушки, вероятно, приведет к повреждению поверхности кипения. Понимание точной точки и механизма запуска, связанного с критическим тепловым потоком, представляет интерес.

Передача тепла после CHF

Для кризиса кипения типа ДНБ течение характеризуется сползанием пара жидкости между жидкостью и стенкой. Помимо конвективного теплопереноса, радиационная теплопередача теплообмену способствует . После высыхания режим течения меняется с перевернуто-кольцевого на туманообразный.

Другие явления

Предметом интереса являются и другие теплогидравлические явления:

Критический разряд
противотока Ограничение
Конденсат
Нестабильность потока
Переувлажнение

См. также

Ссылки

[6] Мукеш Кумар Саху, Манджит Харуб, Махалингам Муругесан Матешваран. «Разработка корреляции числа Нуссельта и коэффициента трения для вершины дугообразной формы перед искусственной шероховатостью в солнечном воздухонагревателе». Наука об окружающей среде и исследования загрязнения. Том. 26, страницы-65025–65042, 2022.

^ Хадзиме, Такасэ, Казуюки; Тамаи, Хидесада (2016). . ядерной инженерии Продвинутый Акимото , курс . 9.ISBN 978-4-431-55602-2 . ISSN 2195-3708 .
^ Нет, Хи Чхон (1989). Ядерное машиностроение . Сеул: Корейское ядерное общество.
^ Нукияма, Сиро (декабрь 1966 г.). «Максимальные и минимальные значения теплоты Q, передаваемой от металла к кипящей воде при атмосферном давлении». Международный журнал тепломассообмена . 9 (12): 1419–1433. дои : 10.1016/0017-9310(66)90138-4 . ISSN 0017-9310 .
^ Э., Тодреас, Нил (2011). Ядерные системы, том I: Основы теплогидравлики, второе издание . ЦРК Пресс. ISBN 9781439808887 . OCLC 910553956 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Лаварс, Ник (16 ноября 2021 г.). «Кабель с жидкостно-паровым охлаждением превосходит нагрев за 5-минутную зарядку электромобиля» . Новый Атлас . Проверено 16 ноября 2021 г.

[1] Хадзиме, Такасэ, Казуюки; Тамаи, Хидесада (2016). . ядерной инженерии Продвинутый Акимото , курс . 9.ISBN 978-4-431-55602-2 . ISSN 2195-3708 .

[2] Нет, Хи Чхон (1989). Ядерное машиностроение . Сеул: Корейское ядерное общество.

[3] Нукияма, Сиро (декабрь 1966 г.). «Максимальные и минимальные значения теплоты Q, передаваемой от металла к кипящей воде при атмосферном давлении». Международный журнал тепломассообмена . 9 (12): 1419–1433. дои : 10.1016/0017-9310(66)90138-4 . ISSN 0017-9310 .

[:0-4] Э., Тодреас, Нил (2011). Ядерные системы, том I: Основы теплогидравлики, второе издание . ЦРК Пресс. ISBN 9781439808887 . OCLC 910553956 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[5] Лаварс, Ник (16 ноября 2021 г.). «Кабель с жидкостно-паровым охлаждением превосходит нагрев за 5-минутную зарядку электромобиля» . Новый Атлас . Проверено 16 ноября 2021 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]