Материальный и тепловой балансы ПГ

Примечание: D - кг/с; h- кДж/кг; Q- кВт.

1.4.4. Коэффициент полезного действия парогенератора данного типа в зависимости от величины тепловых потерь в окружающую среду составляет

h_ПГ =  0,98.

1.4.5. Количество теплоты, передаваемое теплоносителем в ПГ, кВт

Q₁ = Q₂/h_ПГ= 581049/0,98=592906,62 кВт.

1.4.6. Расход теплоносителя через трубную систему поверхности теплообмена ПГ, кг/с

.

1.5. Расчёт коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена ПГ

Коэффициент теплопередачи от греющей среды к нагреваемой среде через разделительную стенку в общем случае определяется зависимостью:

После преобразований данную зависимость удобнее рассматривать в следующем виде, Вт/(м²Чград):

.

где a₁, a₂ – коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке ПТО;

SR_СТ – суммарное термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки;

R_СТ = d_СТ/l_СТ – термическое сопротивление стенки труб ПТО;

R_ЗАГР=2R_ОК+R_ОТЛ – термическое сопротивление загрязнений, состоящее из сопротивлений окисных пленок R_ОК и отложений R_ОТЛ с обеих сторон стенки труб ПТО.

1.5.1. Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке, Вт/(м²Чград)

.

Здесь: d_ВН = d_Н - 2d_ТР - внутренний диаметр теплообменной трубки, мм;

l₁ - теплопроводность теплоносителя, Вт/(м·град);

Nu - критерий Нуссельта.

1.5.2. Критерий Нуссельта в случае теплообмена при турбулентном течении неметаллических жидкостей и газов в прямых трубах

Nu = 0.021 · Re₁^0.8 · Pr₁^0.43 · C_t · C_l  = 362,131

Здесь: C_t - поправочный коэффициент, учитывающий переменность физических свойств вещества;

           C_l - поправочный коэффициент, учитывающий соотношение l/d_ВН  теплообменных трубок.

Примечание. Для горизонтальных парогенераторов АЭС можно считать, что C_t=C_l=1.

Re₁ - критерий Рейнольдса для теплоносителя;

Pr - критерий Прандтля для теплоносителя.

Исходя из этих соображений число Рейнольдса рассчитываем для ряда вариантов скоростей теплоносителя из диапазона, ограниченного условием

[w_1MIN] £ w₁ £ [w_1MAX ].

[w_1MIN] @ 2,0 м/с - минимально допустимая скорость теплоносителя в теплообменных трубах, при которой возникает ламинарный режим течения и ухудшается теплообмен;

[w_1MAX] @ 6,0 м/с - максимально допустимая скорость теплоносителя, начиная с которой происходит смыв защитной окисной плёнки с поверхности трубок и интенсифицируются коррозионные процессы.

1.5.3. Критерий Рейнольдса для теплоносителя

.

Здесь: w₁  - м/с; - мм ; - м²/с.

Результаты вариантных расчётов коэффициента теплопередачи от теплоносителя к стенке теплообменной трубки сводим в таблицы.

Таблица 1.

Варианты расчёта a₁

1.5.4. При проектировании нового теплообменного аппарата термические сопротивления окисной плёнки (2ЧR_ОК) и отложений (R_ОТЛ) неизвестны. Поэтому обычно этими величинами задаются, пользуясь справочными данными или данными эксплуатации.

R_ЗАГР = 27_ОК + R_ОТЛ @ (0,6 ... 1,2)·10^-5 + (0,0... 80,.0)·10^-5.

Примем R_ОК = 0,6·10^-5 (м² град)/Вт, а R_ОТЛ = 0,3·10^-5(м² град)/Вт, тогда R_ЗАГР = 1,5·10^-5 (м² град)/Вт.

1.5.5. Термическое сопротивление стенки определяется по формуле, (м² · град)/Вт:

.

Здесь: д_СТ- мм; l_СТ – (Вт / ( м · град )).

Теплопроводность материала теплообменной поверхности (трубки) определяется при средней температуре теплоносителя :

.

1.5.6. Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·град), от стенки к рабочему телу для ПГ АЭС с погруженной поверхностью теплообмена определяется по формуле для пузырькового кипения воды в большом объёме (в межтрубном пространстве):

.

                                                           Обозначим как “A”

Примечание. Данная формула справедлива в диапазоне (0,1<p₂< 20,0 МПа ). Учитывая принятое обозначение первого сомножителя, приведём формулу к виду:

a₂ = А · q^0.7 .

1.5.7. Вычисляем значение коэффициента А:

≈7

1.5.8. Среднелогарифмический температурный напор (рис. 3), ⁰С:

,

1.5.9. Плотность теплового потока, Вт/м²

.

                     Обозначим как “В”

1.5.10. Вычисляем значение коэффициента B, (м²Чград)/Вт

(В = const ).

1.5.11. Учитывая принятые обозначения, плотность теплового потока запишется в виде, Вт/м²

.

Истинное значение q находим из решения уравнений для условий входа и выхода теплоносителя

Вход теплоносителя:                                 Выход теплоносителя:

           ;                                                   ;

 q_вх = k _вх · dt_Б .                                                                             q_вых = k _вых · dt_м .

 Данные системы уравнений решаем методом  итераций:

1) задаёмся уравнением q;

2) вычисляем k _вх , k _{вых ;}

3) вычисляем q _вх , q _вых;

4) определяем невязку по q и вычисляем погрешность итерационного шага

;

5) определяем условие окончания итераций

— если ( e_q Ј 1% ), то итерации закончить;

— если ( e_q > 1% ), то задаёмся новым значением плотности теплового потока ( ) и весь итерационный расчёт повторяем.

1.5.12. Результаты предварительных расчётов по предыдущему пункту сводим в таблицу.

Таблица 2.

1.5.13. По результатам предварительных расчётов определяем (для каждого значения w₁):

— среднеарифметический коэффициент теплопередачи, Вт/(м²Чград)

.

- плотность теплового потока, усредненная по ПТО, Вт/м²

.

- площадь поверхности теплообмена, м²

,          где Q₁  - Вт;

— коэффициент теплоотдачи a₂, Вт/(м²Чград)

.

Примем запас на загрязнение k_з = 1,08,  тогда F_пто,ф

Результаты вычислений сводим в таблицу.

           Таблица 3

w1, м / с	, Вт/(м2·град)	, Вт/м2	FПТО,Ф, м2	a2, Вт/(м2·град)
2	5003,825	127540,678	5020,67	26260,414
3	5562,231	141773,685	4516,63	28279,023
4	5917,535	150829,901	4245,44	29531,716
5	6166,827	157184,009	4073,82	30397,182
6	6352,898	161926,696	3954,5	31036,332

На этом конструкторский тепловой расчёт ПГ АЭС с погруженной поверхностью теплообмена, обогреваемого водой под давлением, заканчивается.

По результатам расчёта строятся графики.