Химически реагирующим

веществ, в большинстве случаев неприменимы для химически реагирующих теплоносителей.

ным переносом тепла концентрационной диффузией в виде химической энтальпии Кг. Последнее связано с тем, что в неизотермической смеси химически реагирующих газов в области с повышенной температурой происходит диссоциация более тяжелых молекул с поглощением тепла. Продукты реакции в виде легких молекул диффундируют в низкотемпературную область, где реком-бинируют с выделением теплоты реакции.

Величина >Хг зависит от скоростей химических реакций и диффузионного выравнивания концентраций. Если скорость химических реакций намного ниже скорости диффузионного переноса, состав смеси в пределе будет «замороженным» (одинаковым) и Kg-^-Kf. При весьма высоких скоростях химических реакций состав смеси будет находиться в локальном равновесии в соответствии с Т в данной области, и . теплопроводность такой смеси будет определяться суммой Х/+Яг, которая может на порядок превышать величину А/. Таким образом, для химически реагирующих систем понятие- теплофизиче-ских свойств включает не только характеристики данного вещества, но и кинетику и тепловые эффекты реакций. Эффективная теплоемкость системы NjC^ в предположении, что компоненты смеси -•- идеальные газы, определяется из формулы [1.3]

В работе [3.15] Д. Б. Сполдинг рассмотрел задачу о теплообмене в химически реагирующих газах в предположении, что Le=l. При таком допущении из уравнений сохранения энергии и массы для случая стабилизированного стационарного потока при постоянных физических свойствах им получено уравнение

Для составления расчетной зависимости в [3.32] использовался метод расчета теплообмена в химически реагирующих потоках [3.15, 3.23, 3.32], заключающийся в приведении уравнения сохранения энергии химически реагирующего потока к виду уравнения энергии инертного потока путем введения «эффективных» физических свойств и безразмерных комплексов. При соответствующих граничных условиях решения таких уравнений имеют одинаковый вид.

Низкие критические нагрузки характерны и для других химически реагирующих систем. В. А. Робин [4.15] . исследовал теплообмен в эвтектических смесях хлористых и бромистых сурьмы и алюминия, являющихся химически реагирующими системами (В. А. Робин рас-^матривал смесь как обычную бинарную). Для системы А12Вгб+А12С16 критические нагрузки оказались в 4—5 раз ниже рассчитаных по формуле С. С. Кутателадзе. Анализ результатов киносъемки процессов кипения четырехокиси азота, а также хлорида и бромида алюминия показывает ряд сходных особенностей в динамике пузырьков пара и прежде всего склонность к образованию малоустойчивых групп пузырьков у поверхности нагрева, что уменьшает скорость их перемещения в жидкость. При увеличении нагрузки количество пузырьков пара, собранных в целые комплексы, увеличивается, что затрудняет циркуляцию жидкости к поверхности нагрева и способствует наступлению пленочного кипения при меньших нагрузках. Видимо, это и является основной причиной снижения критических нагрузок.

1.2. Теплообмен в химически реагирующих газовых теплоносителях. Под ред. А. К. Красина, В. Б. Нестеренко и А. Н. Девойно. Минск, «Наука и техника», 1971.

1.3. Термодинамические и переносные свойства химически реагирующих газовых систем, ч. I. Под ред. А. К-. Красина и В. Б. Нестеренко. Минск, «Наука и техника», 1967.

3.15. Сполдинг Д. В. Конвективный массоперенос. Перев. с англ. М.—Л., «Энергия», 1965; Теплоотдача от химически реагирующих тазов. В сб. «Современные проблемы теплообмена». М.—Л., «Энергия», 1966.

6.1. Колыхай Л. И. Экспериментальные исследования теплообмена при фазовых превращениях химически реагирующих теплоносителей. В сб. «Диссоциирующие газы как теплоносители и рабочие тела энергетических установок». Минск, «Наука и техника», 1970.

Одним из путей решения этой проблемы может быть применение в качестве теплоносителей ядерных реакторов и рабочих тел газовых турбин химически реагирующих систем, в которых протекают обратимые реакции с изменением числа молей [29, 407, 416, 417].

23. Михалевич А. А., Нестеренко В. Б. Теория расчета теплообменных аппаратов с химически реагирующим теплоносителем. Минск: Наука и техника, 1976.

6.50. Михалевич А. А., НестеренкоВ. Б. Теория расчета теплообменник аппаратов с химически реагирующим теплоносителем. Минск, «Наука и техника», 1976.

Характерные для атомной техники повышенные требования к надежности и безопасности работы оборудования еще более ужесточаются для одноконтурных АЭС. Поэтому теплообменные аппараты таких АЭС необходимо рассчитывать с максимально возможной точностью, что может быть достигнуто только на основе методик, позволяющих определять локальные характеристики теплообмена и параметры потока и реализованных в виде программ на ЭВМ. Для химически реагирующего теплоносителя в методиках расчета необходимо учитывать также влияние кинетики химической реакции, «неидеальность» теплофизических свойств, наличие неконденсируемых, но рекомбинируемых газов в конденсаторе и т. д. Теория теплового и гидравлического расчета теплообмен-ных аппаратов с химически реагирующим теплоносителем изложена в работе [4.1]. Ниже приведены алгоритмы расчета теплообменников различного типа на основе этой теории.

Для регенераторов-испарителей с химически реагирующим теплоносителем N2O4 кризис теплообмена первого рода не представляет опасности, так как плотность тепловых потоков q поверхностей нагрева в испарителях в несколько раз меньше критических qvv.

Влиянием теплообмена излучением между стенкой и паром, а также между стенкой и каплями жидкости пренебрегаем, так как в работе [4.19] показано, что даже для воды его вклад в коэффициент теплоотдачи не превышает 4%. Уровень температур стенки в парогенерирую-щем канале с химически реагирующим теплоносителем N2O4 существенно ниже, чем для воды, следовательно, вклад излучения будет еще менее существенным.

нове рассмотренной выше методики были разработаны программы расчета регенератора-испарителя с химически реагирующим теплоносителем на ЭВМ «Минск-22» [4.14, 4.16]. Основная программа позволяет рассчитывать регенератор-испаритель как аппарат в целом, так и отдельные его элементы (экономайзер, испаритель, перегреватель) ; при этом параметры потока по горячей стороне можно определять как в приближении идеально газового состояния, так и с учетом «неидеальности» системы N2O4^±2NO2^t2NO+O2. Кроме того, в программе предусмотрена возможность учета потерь в окружающую среду. В качестве поверхности теплообмена программа позволяет рассчитывать гладкие трубы и трубы с наружным продольным оребрением. В последнем случае определяется приведенный коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве

Для проведения теплового и гидравлического расчета регенератора-испарителя с химически реагирующим теплоносителем N2C>4 с учетом кинетики химической реакции по горячей стороне необходимы следующие исходные данные: температура теплоносителя на выходе по холодной стороне Гх, вых; температура на входе по горячей и холодной сторонам Гг, Вх и ТКг вх; степени диссоциации теплоносителя N2C>4 на входе по горячей стороне «i, вх, «2, вх; давление теплоносителя на входе по горячей и холодной сторонам Рг> вх, РХ, вх; расходы теплоносителей по горячей и холодной сторонам Gr, Gx; геометрические характеристики теплообменного аппарата (количество труб, проходные сечения, диаметры труб и т. д.).

4.2. Распределение температур по длине регенератора-испарителя с химически реагирующим теплоносителем N264: / — экономайзер; //—испаритель; ///—перегреватель

На 4.3 изображены расчетные профили чисел Рей-нольдса, Нуссельта и коэффициентов теплоотдачи по длине гладкотрубного перегревателя. Из этих графиков видно, что все основные характеристики, влияющие на теплопередачу, существенно и нелинейно изменяются по длине теплообменника с химически реагирующим теплоносителем N2O4.

На 4.4 показаны профили коэффициентов теплоотдачи по длине испарителя и экономайзера, которые также нелинейно изменяются вдоль теплообменных аппаратов. В прямоточном испарителе ( 4.4, а) в месте граничного паросодержания Хгр наблюдается резкий скачок коэффициента теплоотдачи по холодной стороне, обусловленный переходом от одного механизма теплообмена к другому. При Х<Хгр в испарителе происходит кипение теплоносителя, а при Х^ХГ9 основной вклад в коэффициент теплоотдачи вносит конвективная составляющая газовой фазы. Кроме того, из 4.4, а можно проследить характерную взаимосвязь теплообмена по горячей и холодной сторонам в аппарате с химически реагирующим теплоносителем. В месте резкого скачка коэффициента теплоотдачи по холодной стороне наблюдается своеобразный перелом кривой коэффициента теплоотдачи по горячей стороне.

Выполненный расчет показал, что коэффициенты теплоотдачи по горячей стороне каждого из участков глад-котрубного регенератора-испарителя с химически реагирующим теплоносителем N2C>4 за счет кинетики химической реакции 2NC12:f±:2NO+O2 значительно ниже коэффициентов теплоотдачи по холодной стороне. Следовательно, для уменьшения веса и габаритов такого тепло-