Министерство образования Российской Федерации
Институт ядерной энергетики (филиал)
Санкт-Петербургского государственного технического университета
КУРСОВАЯ РАБОТА
по курсу «ПАРОГЕНЕРАТОРЫИ ТО»:
«ТЕПЛО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРА АЭС»
Выполнил:
Студент: Шишкин А. В.
Группа: 5037/9
Руководитель:
Доцент, Шанин А. Ю.
Сосновый Бор
СОДЕРЖАНИЕ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ........................................................................................... 3
2. ТЕПЛО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРА....................... 4
2.1. Тепловой расчет.................................................................................................... 4
2.2. Гидравлический расчет........................................................................................ 13
ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................ 13
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящей работе приведен тепло-гидравлический расчет вертикального прямоточного парогенератора АЭС с жидкометаллическим теплоносителем. Цель работы - определение оптимальной площади теплообменной поверхности парогенератора при различный скоростях жидкометаллического теплоносителя.
где Qпг - тепловая мощность парогенератора;
k - средний коэффициент теплопередачи от натрия к воде (пару);
Dt - средний температурный напор;
Т. к. коэффициент теплопередачи в значительной мере зависит от агрегатного состояния теплоносителя II контура (вода-пар), расчет выполняется отдельно для четырех участков парогенератора (рис. 1):
I - экономайзерный (Qэк);
II - испарительный (Qисп);
III - испарительный с ухудшенным теплообменом (Qиспух);
IV - пароперегревательный (Qпп)/
Рис. 1. Расчетные участки парогенератора
Т. к. для заданных трубок ПГ отношение 
, расчет коэффициента теплопередачи производится по упрощенной формуле для плоской стенки
ТЕПЛО-ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРА
Тепловой расчет
Таблица 1
Расчет тепловой нагрузки по участкам
| Параметр | Формула (источник) | Скорость теплоносителя (Na) | ||
| w1 | w2 | w2 | ||
| Тепловая мощность ПГ, Qпг, кВт | задано | |||
| Температура Na на входе, t1, 0С | задано | |||
| Температура Na на выходе, t4, 0С | задано | |||
| Температура пара на выходе из ПГ, tвых; 0С | задано | |||
| Температура питательной воды, tвх, 0С | задано | |||
| Температура насыщения, tS, 0С | tS = f(p2) [1, прил. I] | 336,6 | ||
| Наружный диаметр трубок, d2, м | задано | 0,016 | ||
| Толщина стенки трубки, dст, м | задано | 0,0025 | ||
| Внутренний диаметр трубок, d1, м | d1 = d2 - 2dст | 0,011 | ||
| Средний диаметр трубок, d, м | 
| 0,0135 | ||
| Средняя теплоемкость Na, сp, кДж/кг К | [1, прил. IV] | 1,274 | ||
| Расход Na, G, кг/с | 
| 20,66 | ||
| Энтальпия питательной воды на входе в ПГ, hвх, кДж/кг | [1, прил. I] | |||
| Энтальпия пара на выходе из ПГ, hвых, кДж/кг | [1,прил. I] | 3336,7 | ||
| Энтальпия воды в состоянии насыщения, h’, кДж/кг | [1, прил. II] | 1570,9 | ||
| Энтальпия пара в состоянии насыщения, h”, кДж/кг | [1, прил. II] | 2642,6 | ||
| Паропроизводительность ПГ, D, кг/с | 
| 2,18 | ||
| Тепловая нагрузка экономайзерного участка, Qэк, кВт | 
| 1157,46 | ||
| Температура Na в конце экономайзерного участка, t3, 0С | 
| 373,98 | ||
| Тепловая нагрузка пароперегревательного участка, Qпп, кВт | 
| 1510,42 |
Продолжение таблицы 1
| Температура Na в начале пароперегревательного участка, t2, 0С | 
| 462,6 | ||||
| Тепловая нагрузка на участке кипения, Qкип, кВт | 
| 2332,11 | ||||
| Средняя плотность Na, r, кг/м3 | [1, прил. IV] | 847,5 | ||||
| Скорость Na, w, м/с | принимаем | |||||
| Проходное сечение Na, Fпр, м2 | 
| 0,0244 | 0,0122 | 0,0081 | ||
| Шаг треугольной решетки, s, м | принимаем | 0,028 | ||||
| Площадь ячейки, fяч, м2 | 
| 4,78 × 10-4 | ||||
| Число трубок, n | 
| 25,5 | ||||
| Площадь корпуса ПГ, Fкор, м2 | 
| 0,02518 | 0,013 | 0,00983 | ||
| Диаметр корпуса ПГ, dкор, м | 
| 0,179 | 0,129 | 0,0107 | ||
| Эквивалентный диаметр ячейки Na, dэкв, м | 
| 0,031 | 0,029 | 0,027 | ||
| Массовая скорость теплоносителя II контура, (rw)в, кг×м2/с | 
| 448,99 | 897,97 | 1346,96 | ||
| Граничное паросодержание, xгр0 | 
| 0,672 | 0,475 | 0,388 | ||
| Граничное паросодержание, xгр |  
| 0,621 | 0,439 | 0,358 | ||
| Тепловая нагрузка на участке испарения, Qисп, кВт | 
| 1447,88 | 1023,81 | 835,94 | ||
| Тепловая нагрузка участка ухудшенного теплообмена, Qиспух, кВт | 
| 884,23 | 1308,31 | 1496,18 | ||
| Темпепература Na в конце ухудшенного участка, tух, 0С | 
| 429,0 | 412,9 | 405,7 | ||
Рис. 2. t-Q диаграмма прямоточного парогенератора
Критерий Нуссельта для жидкометаллического теплоносителя, омывающего трубный пучок
(2.1)
Таблица 2
Экономайзерный участок
| Параметр | Формула (источник) | Скорость теплоносителя (Na) | ||
| w1 | w2 | w2 | ||
| Средняя температура Na, tNaср, 0С | 
| 352,0 | ||
| Плотность Na, rNa, кг/м3 | [1, прил. IV] | 865,5 | ||
| Динамическая вязкость Na, mNa, Па×с | [1, прил. IV] | 3,05 × 10-4 | ||
| Теплопроводность Na, lNa, Вт/м×К | [1, прил. IV] | 71,77 | ||
| Критерий Прандтля Na, PrNa | [1, прил. IV] | 0,0054 | ||
| Критерий Рейнольдса Na, Re | 
| 88500,2 | 164107,3 | 232584,3 |
| Критерий Нуссельта Na, NuNa | формула (2.1) | 14,35 | 17,76 | 20,67 |
| Коэффициент теплоотдачи от Na к стенке, a1, Вт/м2К | 
| 33021,9 | 44093,0 | 54304,9 |
| Средняя температура воды, tвср, 0C | 
| 288,3 |
Продолжение таблицы 2
| Динамическая вязкость воды, mв, Па×с | [1, прил. I] | 9,52 × 10-5 | ||
| Теплопроводность воды, lв, Вт/м×К | [1, прил. I] | 0,581 | ||
| Критерий Прандтля воды, Prв | [1, прил. I] | 0,875 | ||
| Критерий Рейнольдса, Reв | 
| 51878,7 | 103757,3 | 155636,0 |
| Критерий Нуссельта воды, Nuв | 
| 128,98 | 224,57 | 310,61 |
| Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, a2, Вт/м2К | 
| 6812,5 | 11861,2 | 16406,0 |
| Теплопроводность стенки, lст, Вт/м×К | [1, прил. IX] | 28,0 | ||
| Коэффициент теплопередачи от Na к воде, k, Вт/м2К |
| 3754,3 | 5094,9 | 5929,3 |
| Средний логарифмический температурный напор, Dtл, 0С | 
| 59,9 | ||
| Площадь теплообмена экономайзерного участка, Fэк, м2 | 
| 5,15 | 3,79 | 3,26 |
Таблица 3
Испарительный участок
| Параметр | Формула (источник) | Скорость теплоносителя (Na) | ||
| w1 | w2 | w2 | ||
| Средняя температура Na, tNaср, 0С | 
| 401,5 | 393,4 | 389,9 |
| Плотность Na, rNa, кг/м3 | [1, прил. IV] | 853,6 | 855,6 | 856,4 |
| Динамическая вязкость Na, mNa, Па×с | [1, прил. IV] | 2,81×10-4 | 2,85×10-4 | 2,87×10-4 |
| Теплопроводность Na, lNa, Вт/м×К | [1, прил. IV] | 68,6 | 69,1 | 69,3 |
| Критерий Прандтля Na, PrNa | [1, прил. IV] | 0,0052 | 0,00523 | 0,00524 |
| Критерий Рейнольдса Na, Re |
| 94738,1 | 173614,8 | 244572,7 |
Продолжение таблицы 3
| Критерий Нуссельта Na, NuNa | формула (2.1) | 14,48 | 17,95 | 20,89 | |
| Коэффициент теплоотдачи от Na к стенке, a1, Вт/м2К |
| 31847,5 | 42903,9 | 52982,3 | |
| Теплопроводность стенки, lст, Вт/м×К | [1, прил. IX] | 28,0 | |||
| Средний логарифмический температурный напор, Dtл, 0С | 
| 60,8 | |||
| Тепловой поток, q, Вт/м2 | из уравнения (2.2) | ||||
 Коэффициент теплоотдачи при кипении в большом объеме, aбо, Вт/м2К
| 155420,8 | 162979,0 | 167516,3 | ||
| Динамическая вязкость воды, mв, Па×с | [1, прил. I] | 7,62 × 10-5 | |||
| Теплопроводность воды, lв, Вт/м×К | [1, прил. I] | 0,4675 | |||
| Критерий Прандтля воды, Prв | [1, прил. I] | 1,289 | |||
| Критерий Рейнольдса, Reв |
| 64814,8 | 129628,6 | 194442,8 | |
| Критерий Нуссельта воды, Nuв |
| 179,96 | 313,32 | 433,37 | |
| Коэффициент теплоотдачи при конвективном теплообмене, aw, Вт/м2К | 
| 7648,1 | 13316,1 | 18418,4 | |
| Отношение aбо/aw | 20,3 | 12,2 | 9,1 | ||
| Коэффициент теплоотдачи от стенки к пару, a2, Вт/м2К | 
| 108794,6 | 114085,3 | 117262,8 | |
| Коэффициент теплопередачи от Na к пару, k, Вт/м2К |
| 7699,6 | 8240,0 | 8569,9 | |
| Площадь теплообмена испарительного участка, Fисп, м2 | 
| 3,09 | 2,04 | 1,6 | |
Уравнение для определения теплового потока q на испарительном участке ПГ
(2.2)
Таблица 4