СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ И ТЕПЛООТДАЧА ЖИДКОСТЕЙ С ВНУТРЕННИМИ ИСТОЧНИКАМИ ТЕПЛА

При анализе сценариев и прогнозировании последствий тяжелых аварий на АЭС, сопровождающихся расплавлением активной зоны, актуальной является задача расчета систем локализации и удержания радиоактивного расплава в корпусе реактора. Для такого расчета необходимо знать распределение теплоотдачи расплава по границе корпуса реактора, что, в свою очередь, требует проведения расчетно-теоретических исследований процессов свободной конвекции тепловыделяющей жидкости, заключенной в замкнутом объеме. К другому классу задач подобного рода, востребованных при обосновании водородной безопасности атомных реакторов и оптимизации устройства водородных рекомбинаторов, относится свободная конвекция жидкости при наличии поверхностных источников тепла.

В ИБРАЭ РАН впервые для жидкостей с внутренними источниками тепла разработан метод аналитических оценок (академик Л.А. Большов, д.ф.-м.н. П.С. Кондратенко, д.ф.-м.н. В.Ф. Стрижов), основанный на общих принципах, описывающих свойства симметрии и законы сохранения физических величин, а также на соображениях размерности и подобия. Проведена классификация физических режимов конвекции жидкости с внутренними источниками тепла во всем представляющем практический интерес диапазоне параметров и получены полуколичественные закономерности для распределения теплоотдачи и температуры внутри основного занимаемого жидкостью объема.

Распределение температуры в потоке жидкости по высоте, демонстрирующее закономерность T(z) ~ z^4/5, где z — высота

Аналитически решена задача о фокусировке теплового потока при концентрационной стратификации многокомпонентного расплава с выделением компоненты без внутренних источников тепла. Для легкой компоненты получена простая интерполяционная формула, описывающая плотность потока тепла к границе.

Теоретически исследованы характеристики свободной конвекции тепловыделяющей жидкости с неоднородным распределением внутренних источников тепла при ее охлаждении с границы. Установлено, что распределение температуры в объеме жидкости и поток тепла к границе однозначно определяются распределением по вертикали усредненной по горизонтальному сечению мощности внутренних источников тепла.

Разработана математическая модель свободной конвекции водородо-воздушной смеси в каналах с химическими превращениями на твердых поверхностях. Она описывает процесс тепло- и массообмена в пассивных каталитических рекомбинаторах водорода (ПКРВ), обеспечивающих водородную взрывозащиту на объектах энергетики и промышленности.

Модель использовалась при проведении совместных с ОАО «ВТИ» работ по оптимизации конструкции и улучшению характеристик отечественного ПКРВ нового поколения (проектировщик — ЗАО ИНПК «Русские энергетические технологии»).

© лаборатория теоретической физики