– виключено взаємний вплив між контейнерами з досліджуваного поперечного ряду й контейнерами із двох сусідніх поперечних рядів (умова непроникнення в розрахункову область витрати й теплової енергії повітряного потоку у вертикальних перерізах, що проходять через вісь симетрії між двома сусідніми поперечними рядами).
При проведенні розрахункового дослідження теплового стану БГК для групи ВБК, що розташовані у поздовжньому ряді площадки ССВЯП, прийняті аналогічні описаним вище умовам та враховано остигання контейнерів із часом.
Аналіз результатів дослідження теплового стану групи контейнерів, розташованих як у поздовжньому, так й у поперечному рядах площадки ССВЯП, при температурі зовнішнього повітря 24 та 40 °С і вітровому впливі з боку найбільш гарячих контейнерів показує, що значення температури в центрі кошика зберігання ВЯП не перевищує максимально припустиму (350 °С), що свідчить про безпеку експлуатації ВБК із погляду їхнього теплового стану в умовах зведення радіаційно-захисної стіни й вітрового впливу.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ
1. Аналіз стану об'єктів енергетики (турбін, контейнерів зберігання ВЯП) і режимів їхньої експлуатації показав, що існуючі методи їхнього дослідження як експериментальні, так і розрахункові, не дозволяють повністю вирішувати задачі, пов'язані з реконструкцією працюючого та проектуванням нового енергетичного обладнання. У зв'язку з необхідністю нових підходів до вивчення процесів, що відбуваються в енергетичному устаткуванні, сформульована спряжена задача теплообміну стосовно об'єктів теплоенергетики. Вона була вирішена для кінцевих та діафрагмових ущільнень турбомашин і для контейнерів зберігання відпрацьованого ядерного палива.
2. Сформовано математичні моделі стаціонарних та нестаціонарних теплових процесів, що відбуваються в обраних елементах, які досліджувалися шляхом розв’язання спряжених задач теплообміну. У результаті отримано векторні поля швидкостей робочих тіл, температурні поля найбільш напружених елементів і коефіцієнти тепловіддачі на поверхнях цих елементів.
3. У ході моделювання теплових процесів для оцінки вірогідності отриманих результатів проведена верифікація сформованої математичної моделі й застосованого методу шляхом порівняння результатів розрахунку з результатами визначення шуканих параметрів за критеріальними рівняннями теплообміну. Підтверджено, що при обраній моделі турбулентності, що замикає систему диференціальних рівнянь, отримані обома методами значення коефіцієнтів тепловіддачі практично збігаються, а закономірності їхньої зміни носять однаковий характер. Це дозволило істотно розширити діапазон застосування критеріальних рівнянь убік збільшення чисел Рейнольдса.
4. На основі аналізу результатів моделювання теплових процесів в ущільненнях турбомашин вперше визначені значення коефіцієнтів тепловіддачі на поверхнях роторів при нестаціонарному режимі нагрівання та при різних формах термокомпенсаційних канавок, які можуть бути використані при модернізації роторів для зниження темпу зміни коефіцієнтів тепловіддачі на їхніх поверхнях і, як наслідок, для зниження рівня термонапруженого стану роторів, що дозволить збільшити строк їхньої експлуатації.
5. Для підвищення якості експлуатації енергоблоків була запропонована методика автоматизованого контролю навантаження й розроблена інформаційна система моніторингу для електростанцій.
6. У ході розв’язання методичної задачі щодо визначення теплового стану окремо розташованого контейнера зберігання відпрацьованого ядерного палива встановлено, що умови натікання вітрового потоку на окремо розташований контейнер впливають на розподіл потоку повітря у ВБК, що, однак, не призводить до перевищення понад встановлену при проектуванні температуру оболонок ТВЕЛів у кошику зберігання.
7. Шляхом розв’язання спряжених задач теплообміну було проведено дослідження теплового стану вентильованих контейнерів зберігання відпрацьованого ядерного палива, що розташовані на площадці зберігання. Аналіз результатів розрахункового дослідження дозволив зробити висновок про безпеку експлуатації цих контейнерів на території АЕС при зведенні радіаційно-захисної стіни та при зовнішніх вітрових впливах, що змінюються.
8. Результати досліджень, наведені в дисертаційній роботі, використовуються на підприємствах: ХЦКБ “Енергопрогрес”, ВАТ Харківська ТЕЦ-5 та Запорізька АЕС, що підтверджено довідками про їх використання.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Алёхина С. В. Решение сопряжённой задачи тепломассообмена при исследовании теплового состояния вентилируемого бетонного контейнера с отработавшим ядерным топливом / С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов, А. О. Костиков, Ю. М. Мацевитый // Проблемы машиностроения – Харьков, 2005, т. 8, № 4 – С. 12 – 20.
2. Алёхина С. В. Теплообмен в концевых и диафрагменных уплотнениях паровых турбин / С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов, А. О. Костиков, Ю. М. Мацевитый // Пробл. машиностроения. – 2006. – т.9, № 1. – С. 32–40.
3. Алёхина С. В. Теплообмен на поверхностях роторов паровых турбин при пуске из холодного состояния/ С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов, А. О. Костиков, Ю. М. Мацевитый // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2006. – № 4. – С. 9 – 16.
4. Алёхина С. В. Нестационарный теплообмен на поверхности роторов турбомашин в лабиринтовых уплотнениях / С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов, А. О. Костиков // Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2007. – № 1(7) – С. 100 – 102.
5. Алёхина С. В. Расширение диапазона применения критериальных уравнений теплообмена в уплотнениях турбомашин на основе решения сопряженной задачи // С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов, А. О. Костиков // Вестник инженерной академии Украины – 2007. – Вып. 2 – С. 142–147.
6. Алёхина С. В. Верификация и выбор модели турбулентности для решения газодинамической задачи течения среды в уплотнениях турбомашин / С. В. Алёхина, В. Н. Голощапов // Проблемы машиностроения – 2007. – т. 10, №2 – С. 37 – 44.
7. Алёхина С. В. Информационная система мониторинга нагрузки энергоблоков ТЭС и ТЭЦ / С. В. Алёхина, А. О. Костиков, В. Н. Голощапов, Г. К. Вороновский, А. Ю. Козлоков // Енергетика та електрифікація – 2007. – №9. – С. 17 – 21.
АНОТАЦІЯ
Альохіна С. В. Моделювання теплових процесів в елементах енергетичного обладнання ТЕС та АЄС шляхом розв’язання спряжених задач теплообміну. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 – технічна теплофізика та промислова теплоенергетика. – Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, м. Харків, 2008.
Дисертація присвячена питанням дослідження теплових процесів в елементах енергетичного обладнання шляхом вирішення спряжених задач теплообміну, в яких враховується взаємний вплив переносу теплоти як у твердому тілі, так і в навколишньому теплоносії. Проведено дослідження теплообміну в ущільненнях парових та газових турбін шляхом вирішення спряженої задачі теплообміну у двовимірній постановці. Здійснено верифікацію сформованої математичної моделі та розширення діапазону використання критеріальних рівнянь теплообміну. Визначено коефіцієнти тепловіддачі на поверхні ротора у зоні термокомпенсаційної канавки і запропоновано підхід для зниження термічних напружень. Запропоновано методику підвищення якості роботи енергоблоків шляхом впровадження інформаційної системи моніторингу. Шляхом вирішення спряженої задачі теплообміну проведено дослідження теплового стану вентильованого контейнера зберігання відпрацьованого ядерного палива, що розташований на відкритій площадці, та показано безпечність зберігання такого контейнера тривалий час за фактором зміни теплового стану.
Ключові слова: спряжена задача теплообміну, ущільнення турбомашин, коефіцієнт тепловіддачі, контейнери зберігання відпрацьованого ядерного палива.
АННОТАЦИЯ
Алёхина С. В. Моделирование тепловых процессов в элементах энергетического оборудования ТЭС и АЭС путем решения сопряженных задач теплообмена. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.06 – техническая теплофизика и промышленная теплоэнергетика. – Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков, 2008.
Диссертация посвящена исследованию тепловых процессов в элементах энергетического оборудования ТЭС и АЭС путем решения сопряженных задач теплообмена. Необходимость иметь достоверные данные о тепловом состоянии энергетического оборудования и его элементов вызвана появлением дефектов в уже использующемся оборудовании и проектированием нового. Для решения поставленной задачи требуется разработка новых подходов, методов и средств получения детальной информации о параметрах функционирования этого оборудования. Одним из таких подходов является методология решения сопряженных задач теплообмена, в которых учитывается взаимное влияние переноса теплоты как в твердом теле, так и в окружающем его теплоносителе. В качестве метода решения этих задач использован численный метод, в котором сформулированная задача аппроксимируется дискретной моделью, как правило, в виде алгебраических соотношений, из которых затем определяются численные значения искомых величин. В качестве объектов исследования выбраны тепловые и гидродинамические процессы, происходящие в концевых и диафрагменных уплотнениях турбомашин с термокомпенсационной канавкой и контейнерах хранения отработавшего ядерного топлива на площадке хранения.