1.4. Материальный и тепловой балансы пг

1.4.1. Величина непрерывной продувки ПГ, кг//с

D_ПР = _{ПР ×}Ч D_ПГ = 0,007*300=2,1 кг / с.

Примечание: _ПР - в долях от единицы, определяется водно-химическим режимом и составляет 0,01 – 0,02.

1.4.2. Расход питательной воды, подаваемой в ПГ, кг//с

D_П.В. = D_ПГ + D_ПР = 302,1 кг / с.

1.4.3. Количество теплоты, получаемое рабочим телом в ПГ

Q₂ = D_ПГ ( h₀ - h_П.В. ) + D_пр (h'_2S - h_П.В. )

Q₂ =300(2788,56-853,7)+2,1(1135-853,7)=581049 кВт

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

_ПГ = 0,98.

1.4.5. Количество теплоты, передаваемое теплоносителем в ПГ, кВт

Q₁ = Q₂/_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/(м^2×Чград):

.

где ₁, ₂ – коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке ПТО;

R_СТ – суммарное термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки;

R_СТ = _СТ/_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/(м^2×Чград)

.

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

₁ - 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;

[[W1max]]  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 ; - м^2//с.

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

Таблица 1.

Варианты расчёта ₁

w1, м//с	Re1	Nu1	1, Вт / (м×Чград)
2	213232,664	362,131	15813,056
3	319848,997	500,886	21872,016
4	426465,329	630,507	27532,129
5	533081,661	754,733	32913,026
6	649697,993	872,093	38081,391

1.5.4. При проектировании нового теплообменного аппарата термические сопротивления окисной плёнки (2×ЧR_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; _СТ – (Вт // ( м ·· град )).

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

.

1.5.6. Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м^2··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:

₂ = 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, (м^2×Чград)/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 ·}· t_Б . q_вых = k _{вых ·}· t_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 ( _{q £}Ј 1% ), то итерации закончить;

— если ( _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.

w1, м//с	kвх, Вт//(м2··град)	kвых, Вт//(м2··град)
2	5350,204	4657,447
3	5963,973	5160,489
4	6355,945	5479,125
5	6631,623	5702,031
6	6837,74	5868,055

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

— среднеарифметический коэффициент теплопередачи, Вт/(м^2×Чград)

.

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

.

• площадь поверхности теплообмена, м²

, где Q₁ - Вт;

• коэффициент теплоотдачи ₂, Вт/(м^2×Чград)

.

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	2, 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.