1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 5, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 5, стр. 32-44

Валидация кода steg на экспериментальных данных по гидродинамике горизонтального парогенератора

Х. Абди a, Н. Урегани Джафари a, В. И. Мелихов a, b, *, О. И. Мелихов a, b

a Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

b Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности АЭС
142530 Московская обл., г. Электрогорск, ул. Святого Константина, д. 6, Россия

* E-mail: MelikhovVI@mpei.ru

Поступила в редакцию 20.10.2023
После доработки 24.11.2023
Принята к публикации 29.11.2023

Аннотация

Расчетный анализ экспериментов по исследованию гидродинамических процессов в горизонтальном парогенераторе выполнен с помощью кода STEG (STEam Generator). Основными компонентами экспериментальной модели являлись шахматный трубный пучок, погруженный дырчатый лист (ПДЛ) с закраинами и опускной канал. В качестве двухфазной среды использовали водовоздушную смесь. Движение среды в модели осуществлялось благодаря естественной циркуляции, которая обеспечивалась подачей воздуха в нижнюю, среднюю и верхнюю части трубного пучка. Измерение объемного газосодержания проводили методом γ-просвечивания. Помимо этого измеряли перепады давления по высоте трубного пучка и уровни воды в модели и над ПДЛ. Каждый эксперимент выполняли при заданных нагрузке воздуха на зеркало испарения и уровне воды в модели. Код STEG разработан на кафедре атомных электростанций НИУ МЭИ для моделирования теплогидравлических процессов в горизонтальном парогенераторе. Математическая модель базируется на двухжидкостном подходе к описанию двухфазного потока с использованием балансовых уравнений сохранения массы, импульса и энергии и полуэмпирических замыкающих соотношениях для межфазных взаимодействий и взаимодействий с различными окружающими конструкциями (трубный пучок, стенки и т.п.). С помощью кода STEG выполнены расчеты девяти экспериментальных режимов, различающихся степенью перфорации погруженного дырчатого листа и расходом подаваемого воздуха. Установлены качественные закономерности циркуляции двухфазной водовоздушной среды в модели горизонтального парогенератора и влияние на нее экспериментальных значений основных параметров. Количественные результаты сравнения расчетных и экспериментальных данных свидетельствуют о хорошем их совпадении, относительные погрешности расчета объемной доли воздуха и перепадов давления не превышают 10%.

Ключевые слова: горизонтальный парогенератор, трубный пучок, погруженный дырчатый лист, перфорация, моделирование, расчетный код, двухфазное течение, гидравлическое сопротивление, межфазное взаимодействие, валидация, водовоздушная среда

Список литературы

  1. Трунов Н.Б., Логвинов С.А., Драгунов Ю.Г. Гидродинамические и теплохимические процессы в парогенераторах АЭС с ВВЭР. М.: Энергоатомиздат, 2001.

  2. Парогенераторы – горизонтальные или вертикальные (каким быть парогенератору АЭС с ВВЭР?) / Н.Б. Трунов, Б.И. Лукасевич, Д.О. Веселов, Ю.Г. Драгунов // Атомная энергия. 2008. Т. 105. Вып. 3. С. 127–135.

  3. Егоров М.Ю. Вертикальные парогенераторы для АЭС с ВВЭР // Изв. вузов. Ядерная энергетика. 2018. № 3. С. 88–99.

  4. Russian and foreign steam generators for NPP power units with wet steam turbines / M. Egorov, I. Kasatkin, I. Kovalenko, I. Krectunova, N. Lavrovskaya, N. Litvinova // E3S Web Conf. 2020. V. 178. P. 01007.

  5. Парогенераторы реакторных установок ВВЭР для атомных электростанций / Б.И. Лукасевич, Н.Б. Трунов, Ю.Г. Драгунов, С.Е. Давиденко. М.: Академкнига, 2004.

  6. Stevanovic V.D., Stosic Z.V., Kiera M. Horizontal steam generator thermal-hydraulics at various stead-state power levels // Proc. of the 10th Intern. Conf. on Nuclear Engineering – ICONE10. Arlington, VA, USA, 14–18 April 2002. ICONE10-22451. https://doi.org/10.1115/ICONE10-22451

  7. Мелихов О.И., Мелихов В.И., Парфенов Ю.В. Математическое моделирование теплогидравлических процессов в горизонтальном парогенераторе с помощью кода STEG // Новое в российской электроэнергетике. 2008. № 8. С. 21–33.

  8. Крошилин А.Е., Крошилин В.Е., Смирнов А.В. Численное исследование трехмерных течений пароводяной смеси в корпусе парогенератора ПГВ-1000 // Теплоэнергетика. 2008. № 5. С. 12–19.

  9. Hovi V., Ilvonen M. PORFLO simulations of Loviisa horizontal steam generator: Research Report. VTT Technical Research Centre of Finland, 2010. No. VTT-R-01406-10.

  10. Rabiee A., Kamalinia A.H., Haddad K. Horizontal steam generator thermal hydraulic simulation in typical steady and transient conditions // Nucl. Eng. Des. 2016. V. 305. P. 465–475. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2016.06.004

  11. Rabiee A., Kamalinia A.H., Haddad K. Two-phase flow field simulation of horizontal steam generators // Nucl. Eng. Technol. 2017. V. 49. No. 1. P. 92–102. https://doi.org/10.1016/j.net.2016.08.008

  12. Validation of the STEG code using PGV experiments on hydrodynamics of horizontal steam generator / T.T. Le, V.I. Melikhov, O.I. Melikhov, A.A. Nerovnov, S.M. Nikonov // Nucl. Eng. Des. 2020. V. 356. P. 110380. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2019.110380

  13. Investigation of the equalization capability of submerged perforated sheets under thermal-hydraulic conditions of a horizontal steam generator / T.T. Le, V.I. Melikhov, O.I. Melikhov, V.N. Blinkov, A.A. Nerovnov, S.M. Nikonov // Ann. Nucl. Energy. 2020. V. 148. P. 107715. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2020.107715

  14. Le T.T., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Recommended set of interfacial drag correlations for the two-phase flow under thermal–hydraulic conditions of a horizontal steam generator // Nucl. Eng. Des. 2021. V. 379. P. 111249. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2021.111249

  15. Le T.T., Melikhov V.I., Melikhov O.I. Numerical analysis of the equalization capability of submerged perforated sheets for WWER-1500 horizontal steam generator // Ann. Nucl. Energy. 2021. V. 157. P. 108242. https://doi.org/10.1016/j.anucene.2021.108242

  16. Validation of the STEG code using experiments on two-phase flow across horizontal tube bundles / S. Liu, F. Yin, V.I. Melikhov, O.I. Melikhov // Nucl. Eng. Des. 2022. V. 399. P. 112048. https://doi.org/10.2139/ssrn.4135351

  17. Мелихов В.И., Мелихов О.И., Ле Т.Т. Экспериментально-расчетные исследования гидродинамических процессов в горизонтальном парогенераторе. М.: Наука, 2022.

  18. Колбасников А.В., Шварц А.Л., Галецкий Н.С. Исследование гидродинамики пароводяной среды в межтрубном пространстве поверхностей нагрева с целью усовершенствования парогенераторов АЭС с ВВЭР // Электрические станции. 1991. № 8. С. 44–48.

  19. Колбасников А.В., Шварц А.Л., Галецкий Н.С. Исследование гидродинамики двухфазной среды в свободно погруженных поверхностях нагрева применительно к парогенераторам АЭС // Теплоэнергетика. 1992. № 4. С. 62–66.

  20. Колбасников А.В. Разработка методов расчета гидродинамики двухфазной среды и теплообмена в поперечно омываемых поверхностях нагрева парогенераторов на основе экспериментальных исследований: дис. … канд. техн. наук. М.: ОАО ВТИ, 2000.

  21. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987.

  22. Simovic Z.R., Ocokoljic S., Stefanovic V.D. Interfacial friction correlations for the two-phase flow across tube bundles // Int. J. Multiphase Flow. 2007. V. 33. No. 2. P. 217–226. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2006.08.003

  23. Ishii M., Zuber N. Drag coefficient and relative velocity in bubbly, droplet or particulate flows // AIChE J. 1979. V. 25. No. 5. P. 843–855. https://doi.org/10.1002/aic.690250513

  24. Агеев А.Г., Белов В.И., Васильева Р.В. Экспериментальное и аналитическое исследование предельных нагрузок при гравитационной сепарации // Теплогидродинамические процессы в элементах энергооборудования электростанций: сб. науч. тр. ЭНИН. М., 1988. С. 41–51.

  25. RELAP5/Mod3.3. Code Manual. Models and Correlations. NUREG/CR-5535. V. IV. 2001.

  26. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.

  27. Влияние объемного паросодержания на гидравлическое сопротивление погруженного дырчатого листа / В.Н. Блинков, И.В. Елкин, Д.А. Емельянов, В.И. Мелихов, О.И. Мелихов, А.А. Неровнов, С.М. Никонов, Ю.В. Парфенов // Теплоэнергетика. 2015. № 7. С. 24–29. https://doi.org/10.1134/S0040363615070012

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал