Авторы
Казанцев А.А., Юрьев Ю.С., Супотницкая О.В., Астахова Н.Э.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского, Обнинск, Россия
Казанцев А.А. – ведущий научный сотрудник, доцент, кандидат технических наук. Контакты: 249033, Калужская обл., г. Обнинск, пл. Бондаренко, д. 1. Тел.: (484) 399-51-97; e-mail:
Юрьев Ю.С. – профессор, доктор технических наук.
Супотницкая О.В. – начальник лаборатории.
Астахова Н.Э. – инженер-теплофизик 1 категории.
Аннотация
В работе представлен вывод системы уравнений гидродинамики в приближении пористого тела, предназначенной для расчета активных зон ЯЭУ и теплообменников. В вычислительной гидродинамике имеется отдельная область, в которой вместо уравнений Навье-Стокса используется расчетная методика, использующая приближение пористого тела для пучков стержней теплообменников либо для кассет с твэлами активных зон ЯЭУ. При этом уравнения гидродинамики в приближении пористого тела прошли длинный путь развития от уравнений нелинейной фильтрации в анизотропном пористом теле до современного вида. Дополнительно учтены эффекты от физических явлений в пучках: влияние инерционных сил, заметно возмущающих картину течения; существенны эффекты присоединенной массы к «скелету» пористого тела, межканальное взаимодействие в связанных каналах; существенный вклад объёмных сил сопротивления как интеграл по поверхности стержней от сил давления и трения; существенное влияние силы Архимеда при естественной конвекции при неизотермичности потока; вблизи границ пучок – трубная доска дополнительно возникают силы местного сопротивления и потери давления вследствие резкого изменения пористости среды, возникают локальные инерционные силы, вследствие перестройки структуры потока при изменении пористости. Это приводит к появлению пяти дополнительных членов в оригинальном уравнении нелинейной фильтрации. Анизотропия сопротивления проявляется вследствие существенного отличия коэффициентов сопротивления при продольном, радиальном и аксиальном обтекании пучка. Обсуждаются безразмерные комплексы, эффективные числа Рейнольдса, Эйлера, число Архимеда, безразмерная температура, дополнительные числа подобия, использующиеся в уравнениях гидродинамики в приближении пористого тела. Представленная методика используется для записи общего вида уравнений гидродинамики в приближении пористого тела и используется в программах для ЭВМ в ГНЦ РФ – ФЭИ, таких как GRIF, MASKA-LM.
Ключевые слова
реакторная установка (РУ), Вычислительная гидродинамика (ВГД),
уравнения Навье-Стокса, теория трехмерной фильтрации, анизотропная среда, уравнения
нелинейной фильтрации, пучки труб теплообменников, тепловыделяющая сборка
(ТВС), эффект присоединенной массы, приближение пористого тела, объёмная сила
сопротивления, объёмные силы трения, закон Дарси в ортотропном пористом теле,
скорость фильтрации, объёмная пористость, коэффициенты количества движения
УДК 621.039.532:517
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 2, c. 241–260