DOI: 10.55176/2414-1038-2021-4-203-212
Авторы
Матюхин Н.М., Сорокин А.П., Денисова Н.А.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Матюхин Н.М. – старший научный сотрудник.
Сорокин А.П. – главный научный сотрудник отделения ядерной энергетики,доктор технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-84-47; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript..
Денисова Н.А. – ведущий инженер отделения ядерной энергетики.
Аннотация
В результате проведенной обработки и анализа экспериментальных данных по естественной конвекции теплоносителей для различных форм теплоотдающих поверхностей внутриреакторных конструкций предложено соотношение для профиля скорости по нормали к поверхности теплообмена в условиях естественной турбулентной конвекции в потоке теплоносителя. На примере вертикальной изотермической поверхности показано, что для различных значений продольной координаты существует характерная точка, в которой продольная скорость достигает максимального значения (umax) при соответствующем значении поперечной координаты (ymax). Эта точка делит поток жидкости вдоль поверхности теплообмена на две зоны: внутреннюю, прилегающую к стенке, и внешнюю, расположенную за максимумом значения скорости. Принимая за характерные масштабы umax и ymax и представляя экспериментальные данные в безразмерном виде u/umax = f(y/ymax), получено обобщение экспериментальных данных. Результаты обработки экспериментальных данных различных авторов хорошо обобщаются полученными в работе зависимостями для профиля скорости во внутренней и внешней зонах потока теплоносителя. Для профиля скорости y горизонтальной, обращённой вниз поверхности теплообмена, характерны те же закономерности, что и для вертикальной поверхности: скорость в пристенной области растёт, достигает максимума и далее падает. Результаты обработки измеренного профиля скорости для горизонтального цилиндра по предложенной в работе методике показывают согласие с обобщенными данными для вертикальной изотермической поверхности. Данные экспериментальных исследований поля скорости вокруг изотермически нагретой сферы при свободной конвекции в воде также хорошо обобщаются предложенными в работе зависимостями. Проведённый авторами анализ экспериментальных данных по профилям скорости для различных форм теплоотдающих поверхностей в условиях естественной турбулентной конвекции показывает, что предложенный авторами профиль скорости по нормали к поверхности теплообмена имеет универсальный характер.
Ключевые слова
ядерный реактор, поверхность теплообмена, эксперимент, профиль скорости, пристенная область, нормаль к поверхности, естественная турбулентная конвекция, масштаб, обобщение данных
Полная версия статьи (PDF)
Список литературы
- Эккерт Э.Р., Дрейк Р.М. Теория тепло- и массообмена. Перевод с английского под редакцией акад. АН БССР А.В. Лыкова. М.-Л.: ГЭИ, 1961, 680 с.
- Чизрайт Р. Естественная турбулентная конвекция от вертикальной плоской поверхности. Теплопередача, 1968, т. 90, № 1, с. 1.
- Eckert E.R.G. and Jackson T.W. Analysis of Turbulent Free-Convection Boundary Layer on Flat Plate. NACA TN 2207, 1950.
- Матюхин Н.М., Сорокин А.П. Профили скорости и температуры при естественной конвекции (обобщение экспериментальных данных). Труды четвёртой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд. МЭИ, 2006, т. 3, с. 137.
- Griffiths E. and Davis A.H. The Transmission of Heat by Radiation and Convection. British Food Investigation Board Special Report 9. DSIR, London, 1922.
- Schmidt E., Beckman W. Das Temperatur-und-Geschwindikeits feld vor liner Wärme abgebenden Senkrechten Platte bei natürlicher Konvektion. Forschg. Ind. – Wes., 1930, Bd. 1, No. 10, S. 341.
- Матюхин Н.М., Сорокин А.П. Нестационарная естественная конвекция и проблемы моделирования условий аварийного расхолаживания ЯЭУ. Труды третьей Российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 21–25 октября 2002. М.: Изд. МЭИ, 2002, т. 3, с. 108.
- Cairnie L.R., Harrison A.J. Natural Convection Adjacent to a Vertical isothermal hot Plate with a high surface-to-ambient temperature difference. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1982, vol. 25, no. 7, p. 925.
- Ostrach S. An analysis of Laminar Free Convection Flow and Heat Transfer about a Flat Plate parallel to the Direction of the Generating Body Force. NACA Technical Note 2635, 1952.
- Влит Ж.К., Лайю К.К. Экспериментальное исследование турбулентных пограничных слоёв в условиях естественной конвекции. Теплопередача, 1969, т. 91, № 4, c. 73.
- Aihara T., Yamada Y., Endŏ S. Free Convection along the Downward – Facing Surface of a Heated horizontal Plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1972, vol. 15, p. 2535.
- Singh S.N., Birkebak R.C. Laminar Free Convection from a horizontal infinite strip Facing Downwards. ZAMP 20, 1969, pp. 454–461.
- Айхара Т., Саято И. Исследование поля скоростей при свободной конвекции около поверхности горизонтально расположенного тора. Теплопередача, 1972, т. 94, № 1, с. 101.
- Ostrach S. An analysis of Laminar Free Convection Flow and Heat Transfer around a Flat Plate parallel to the Direction of the Generating Body Force. NACA Report No. 1111, 1953.
- Akagi S. The effect of Curvature on Free Convection around a Horizontal Cylinder. Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1965, vol. 31, pp. 1327–1335.
- Waynes Amato and Chi Tien. Free Convection Heat Transfer from Izotermal Spheres in Water. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1972, vol. 15, pp. 327–339.
УДК 621.039.532.5
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2021, выпуск 4, 4:18
