System research of heat exchange processes under forced and natural circulation under external dynamic impact

Abstract

Целью настоящей работы является системное исследование теплогидравлических процессов в гидравлическом тракте ядерного реактора с учетом влияния внешних динамических сил (качка, крен), присущих судовой ЯЭУ. Проведено экспериментальное исследование процессов неизотермического перемешивания и естественной циркуляции в одной и двух плоскостях колебаний. В качестве основного метода исследования были использованы экспериментальные методы (метод температурного зондирования), а также методы визуализации и системного анализа. Результатом применения такого системного подхода стала классификация задач, генерация новой системы, соотнесение и разграничение систем, ее составляющих, а также закономерности их функционирования, необходимость целенаправленного воздействия на введенную систему, а также новые системные связи. Показано, что система проточного тракта судовой ядерной энергетической установки является сложной нестационарной системой. Было получено, что действие статического крена и качки в одной плоскости сказывается сильнее и вызывает большие температурные градиенты вдоль области смешения потоков. В результате исследования процессов естественной циркуляции было получено, что качка в одной плоскости вызывает снижение массового расхода, что может негативно сказаться на теплотехнической надежности активной зоны. The purpose of this work is a systematic study of thermohydraulic processes in the hydraulic path of a nuclear reactor, taking into account the influence of external dynamic forces (pitching, roll) inherent in the ship's nuclear power plant. An experimental study of the processes of non-isothermal mixing and natural circulation in one and two planes of oscillations has been carried out. Experimental methods (the method of temperature sensing), as well as visualization and system analysis methods were used as the main research method. The result of applying such a systematic approach was the classification of tasks, the generation of a new system, the correlation and differentiation of the systems that make up it, as well as the patterns of their functioning, the need for targeted impact on the introduced system, as well as new system connections. It is shown that the flow path system of a ship's nuclear power plant is a complex non-stationary system. It was found that the effect of static roll and pitching in the same plane has a stronger effect and causes large temperature gradients along the flow mixing region. As a result of the study of natural circulation processes, it was found that pitching in one plane causes a decrease in mass flow, which can negatively affect the thermal reliability of the active zone.