Ценим
ПРОШЛОЕ,
работаем
на БУДУЩЕЕ

До юбилея Первой в мире АЭС

  Дни
  Часы
  Минуты
  Секунды
70 лет со дня пуска Первой в мире АЭС

Научная информация

Книги, препринты, материалы конференций

Банк данных по теплообмену в жидких металлах. Часть 2. Теплообмен при кипении жидких металлов

УДК 621.039.51 + 621.039.534.6

Читать препринт полностью

Авторы

П.Л. Кириллов

Аннотация

Рассматриваемые в препринте данные посвящены теплообмену и кризису при кипении жидких металлов в большом объеме и каналах. Причин интереса к этим вопросам в основном две. Вопервых, изучение процессов теплообмена и кризиса в каналах при вынужденном движении жидкого металла применительно к аспектам безопасности реакторов на быстрых нейтронах, когда при ряде нестандартных ситуациях в каналах ТВС возможно возникновение кипения. Знание интенсивности теплообмена при кипе нии жидкого металла важно для оценки поведения расплавов реакторных металлов, которые могут образоваться при аварийных ситуациях. Вовторых, чисто научный интерес, связанный с процессом кипения высокотеплопроводных сред. Теплопроводность воды составляет около 0,5 Вт/(мК), а натрия порядка 50–70, таким образом, отличие составляет более 100. Было не очень ясно, как это различие в свойствах изменит характер кипения и характеристики теплообмена…

Ключевые слова

кризис теплообмена, кипение жидких металлов, безопасность реакторов, реактор на быстрых нейтронах

Список литературы

1. Кутателадзе С.С., Зысина Л.В. Экспериментальное исследование теплоотдачи при кипении ртути // Советское котлотурбостроение. – 1939. – № 8. – С. 279–283.

2. Стырикович М.А., Семеновкер И.Е., Сорин А.Р. // Советское котлотурбостроение. – 1940. – № 9. – С. 316.

3. Ложкин А.Н., Канаев Л.М. // Советское котлотурбостроение. – 1938. – № 4.

4. Теплообмен при кипении металлов в условиях естественной конвекции / Под ред. В.И. Субботина, Д.Н. Сорокина, Д.М. Овечкина, А.П. Кудрявцева. – М.: Наука, 1969.

5. Жидкометаллические теплоносители. 2-е изд. / Под ред. В.М. Боришанского, С.С. Кутателадзе, И.И. Новикова, О.С. Федынского. – М.: Атомиздат, 1967.

6. Зейгарник Ю.А., Литвинов В.Д. Кипение щелочных металлов в каналах. – М.: Наука, 1983.

7. Двайер О. Теплообмен при кипении жидких металлов. – М.: Наука, 1980.

8. Зейгарник Ю.А., Кириллов П.Л., Ушаков П.А., Ивановский М.Н. Теплообмен жидких металлов при кипении и конденсации // Теплоэнергетика. – 2001. – № 3. – С. 2–8.

9. Субботин В.И., Ивановский М.Н., Арнольдов М.Н. Физико-химические основы применения жидкометаллического теплоносителя. – М.: Атомиздат, 1970.

10. Гидродинамика и теплообмен в атомных энергетических установках (основы расчета) / Под ред. В.И. Субботина, М.Х. Ибрагимова, П.А. Ушакова, В.П. Бобкова, А.В. Жукова, Ю.С. Юрьева. – М.: Атомиздат 1975.

11. Кириллов П.Л. Учет контактных термических сопротивлений теплообмену жидких металлов в круглой трубе: Препринт ФЭИ-284. – Обнинск, 1971.

12. Кириллов П.Л., Грачев Н.С. Изучение упругости паров натрия при температурах 880–1300°С // Инженерно-физический журнал. – 1959. – Т. 2. – № 5. – С. 3–8.

13. Кириллов П.Л., Грачев Н.С. Экспериментальное определение упругости паров калия температурах 550–1280°С // Инженерно-физический журнал. – 1960. – Т. 3. – № 6. – С. 62–65.

14. Кириллов П.Л., Ушаков П.А. Теплообмен жидких металлов: особенности, методы исследований и основные зависимости // Теплоэнергетика. – 2001. – № 1. – С. 49–56.

15. Минашин В.Е., Субботин В.И., Ушаков П.А., Шолохов А.А. Применение микротермопар в исследовании теплоотдачи / В кн.: Вопросы теплообмена. – М.: Изд-во АН СССР, 1959.

16. Минашин В.Е., Ушаков П.А., Шолохов А.А. Об ошибке измерения температуры за счет искажения в районе заделки термопар. В кн.: Конвективный и лучистый теплообмен. – М.: АН ССР, 1960.

17. Кириллов П.Л., Субботин В.И., Суворов М.Я., Троянов М.Ф. Теплоотдача к сплаву натрия с калием и к ртути // Атомная энергия. – 1959. – Т. 6. – № 4. – С. 382–390.

18. Логинов Н.И. Электромагнитные преобразователи расхода жидких металлов. – М.: Энергоиздат, 1981.

19. Субботин В.И., Кириллов П.Л., Турчин М.Н. Магнитные расходомеры для жидких металлов // Атомная энергия. – 1960. – Т. 9. – № 3.

20. Бережной В.Д., Грачев Н.С., Кириллов П.Л., Субботин В.И., Турчин М.Н. Установка для изучения кипения калия в трубах // Теплофизика высоких температур. – 1968. – Т. 6. – № 2. – С. 186.

21. Грачев Н.С., Зеленский В.Н., Кириллов П.Л., Субботин В.И., Турчин М.Н. Теплообмен и гидродинамика при кипении калия в трубах // Теплофизика высоких температур. – 1968. – Т. 6. – № 4. – С. 682–690.

22. Боришанский В.М., Жохов В.А., Андреевский А.А. Теплоотдача при кипении жидких щелочных металлов // Атомная энергия. – 1965. – Т. 19. – № 2. – С. 191–193.

23. Аладьев И.Т., Горлов И.Г., Додонов Л.Д. и др. Теплообмен при кипении калия в трубах с равномерным теплоподводом // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1966. – № 2. – С. 136.

24. Зейгарник Ю.А., Литвинов Ю.Д. Экспериментальное исследование теплообмена и потерь давления при кипении натрия в вертикальной трубе / В кн.: Тепломассообмен – V. – Минск, 1975. – Т. 3. – Ч. 1. – С. 147–156.

25. Farmer W.S. /Ph. D. Thesis, University of Tennessee, 1952. Quoted by Dwyer O. E. Boiling Liquid Metal Heat Transfer. – Hinsdale. American Nuclear Society. 1976.

26. Lyon R., Foust A., Katz D., 1955, Boiling Heat Transfer with Liquid Metals // Chemical Engineering Prog. Symposium Series, 1955, Vol. 51, No. 7, PP. 41-47.

27. Корнеев М.И. Теплоотдача ртути и амальгам магния при кипении в условиях свободной конвекции // Теплоэнергетика. – 1955. – № 4. – С. 44–48.

28. Корнеев М.И. Исследование теплообмена ртути и амальгам магния в условиях естественной конвекции // Теплоэнергетика. – 1955. – № 7. – С. 25–30.

29. Bonilla C.F., Busch J S., et al. Pool Boiling Heat Transfer with Mercury // Chemical Engineering. Progress. Symposium Series, 1957, Vol. 53, No. 20, PP. 51-57.

30. Lunardini V.Jr. An experimental Study of the Effect of a Horizontal Magnetic Field on the Nucleate Pool Boiling of Water and Mercury with 0.02 Percent Mg and 0.0001 Percent Ti / Ph. D. Thesis, Mechanical Engineering Dept., Ohio State University. 1963.

31. Bonilla C.F., Grady J.J., Avery G.W. Pool Boiling Heat Transfer from Scored Surfaces // Chemical Engineering. Progress. Symposium Series, 1965, Vol. 61, No. 57, PP. 280-288.

32. Michiyoshi I., Takahashi O., Serizawa A. Effects of Magnetic Field Pool on Pool Boiling Heat Transfer for Mercury // Department of Nuclear Engineering Report, Kyoto University, Kyoto, Japan, 1975, PP. 1-3 (Quoted by Wagner L.R. and Lykoudis PS in [33]).

33. Wagner L.R. and Lykoudis P.S. Mercury Pool Boiling under the Influence of a Horizontal Magnetic Field // Int. Journal of Heat & Mass Transfer, 1981, No. 24, PP. 635-643/

34. Noyes R.C. An experimental Study of Sodium Pool Boiling Heat Transfer // Transactions of ASME, Ser. C, 1963, Vol. 85, No. 2.

35. Marto P.I., Rohsenow W.M. Effect of Surface Conditions on Nucleate Pool Boiling Heat Transfer to Sodium // Transactions of ASME, Ser. C, 1966, Vol. 88, No. 2, PP. 51-59.

36. Деев В.И., Дубровский Г.П., Кокарев Л.С. и др. Исследование теплоотдачи при кипении натрия в условиях свободной конвекции // Атомная энергия. – 1967. – Т. 22. – № 1.

37. Petukhov B.S., Kovalev S.A., Zhukov V.M. Study of Sodium Boiling Heat Transfer // In 3rd Int. Heat Transfer Conf., AIChE, 1967, No. 4, PP. 80-91.

38. Fujishiro T., et al. The 8th Japan Heat Transfer Symp. 1971, PP. 153-156, Quoted in Aoki. S., Current Liquid Metal Heat Transfer Research in Japan // Prog. Heat Mass Transfer, 1973, No. 7, PP. 569-587.

39. Kovalev S.A., Zhukov V.M. Experimental Study of Heat Transfers during Sodium Boiling under Conditions of Low pressure and Natural Convection // Prog. Heat Mass Transfer, 1973, No.7, PP. 347-354.

40. Sakurai A., et al. Sodium Pool Boiling Heat Transfer // Proc. 6th Int. Heat Transfer Conf. 1978. Vol. 1, PP. 193-198.

41. Bonilla C.F., Wiener M., Bilfinder H. Pool Boiling of Potassium // Proceedings of High Temperature Liquid Metal Heat Transfer Technology Meeting, September. ORNL-3605, 1963, Vol. 1. PP. 286-310.

42. Colver C., Balzhizer R.E. A study of Saturated Pool Boiling Potassium up to Burnout Heat Fluxes // Chemical Engineering. Progress. Symposium Series, 1964, Vol. 61, No. 59, PP. 253-263.

43. Takenaka N. Natural Convection and Boiling Heat Transfer in Potassium. – Doctoral Thesis, Dept. of Nuclear Engineering, Kyoto University, Kyoto. 1984.

44. Michiyoshi I., Takenaka N., Murata T., et al. Effects of Liquid Level on Boiling Heat Transfer in Potassium Layers on a Horizontal Plane Heater // Journal of Heat Transfer, 1985, No. 107, PP. 468-472.

45. Michiyoshi I., Takenaka N., Takahashi O. Dry Patch Formed Boiling and Burnout in Potassium Pool Boiling // Int. Journal of Heat & Mass Transfer, 1986, No. 29, PP. 689-702.

46. Madsen N., Bonilla C. // Chemical Engineering. Progress. Symposium Series, 1960, Vol. 56, No. 30, P. 251.

47. Mohammed Shah M. A Survey of Experimental Heat Transfers Data for Nucleate Pool Boiling of Liquid Metals and a New Correlation // Int. Journal of Heat &Fluid Flow, 1992, Vol. 13, No. 4. PP. 370-379.

48. Корхов О.А., Богословская Г.П., Сорокин А.П. О сопоставлении данных по кипению жидких металлов: Препринт ФЭИ-2964. – Обнинск, 1997.

49. Морозов Ю.Д., Привалов А.Н., Присняков В.Ф., Белогуров С.А. О механизме перехода к двухфазному течению и режимах потока при кипении жидких металлов в прямоточном парогенераторе // Теплофизика высоких температур. – 1988. – Т. 26. – № 6.

50. Chen J.C. Report ORNL-3605, 1964, Vol. 2, P. 86.

51. Chen J.C. Non Equilibrium Inverse Temperature Profile in Boiling Liquid Metal Two Phase Flow // AJChE Journal, 1965, Vol. 11, No. 6, PP. 1145.

52. Стырикович А.М., Семеновкер И.Е. // Журнал технической физики. – 1940. – № 10. – С. 1331.

53. Ложкин А.Н., Канаев Л.М. Бинарные установки. – М.: Машгиз, 1946.

54. Romie F.E., et al. Heat Transfer to Boiling Mercury // Transactions of ASME. Ser. C, 1960, Vol. 82, No. 4, PP. 387-388.

55. Кириллов П.Л. Теплообмен жидких металлов в круглых трубах (однофазный и двухфазный потоки). Докторская диссертация. – М.: ИВТАН, 1968.

56. Гельман Л.И., Копп И.З. Отчет ЦКТИ № 15001, 1965 (цит. по [55]).

57. Корнеев М.И. Теплоотдача ртути и амальгам магния при кипении в условиях свободной конвекции // Теплоэнергетика. – 1955. – № 4. – C. 44–48.

58. Корнеев М.И. Исследование теплообмена ртути и амальгам магния в условиях естественной конвекции // Теплоэнергетика. – 1955. – № 7. – С. 25–30.

59. Tang J.S., Smith C.R., Ross P.T., et al. Potassium-Mercury Amalgam Boiling Heat Transfer, Two-Phase Flow, and Properties Investigation, ORNL-3605, 1964, Vol. 2, PP. 110-132.

60. Hoffman H.W., Krakowiak A.I. Forced-Convection Saturation Boiling of Potassium at Near-Atmospheric Pressure // Proceedings of 1962 High-Temperature Liquid-Metal Heat Transfer Technology Meeting. – USAEC Report BNL-756, Brookhaven National Laboratory, 1962, PP. 182-203.

61. Longo D., Brooks R., Alkali Metals Boiling and Condensing Investigations. Report ORNL-3605, 1963, Vol. 2, PP. 86-109.

62. Bersin F., Horan J. Report PWAC-430, 1964 (Cit. by [55]).

63. Berenson F., Killakey J. An Experimental Investigation of Forced-Convection Vaporization of Potassium. Report ORNL-3605, 1964, Vol. 2, PP. 1-23.

64. Bernstein E., Petrik J. Report PWAC-429, 1964 (Cit. by [55]).

65. Bernstein E., Randall D. Forced-Convection Boiling Potassium Heat Transfer Data. Report TID 21256, PWAC, 1964 (Cit. by [55]).

66. Боришанский В.М., Андриевский А.А., Жохов Л.А. и др. Теплоотдача при кипении калия в трубе в области умеренного паросодержания // Атомная энергия. – 1966. – Т. 21. – № 1. – С. 58.

67. Аладьев И.Т., Петров В.И., Рзаев А.И. и др. Теплообмен в натрий-калиевом парогенераторе из змеевиковых труб / В кн.: Вопросы тепломассопереноса в энергетических установках. – М.: ЭНИН, 1974. – С. 236–244.

68. Горлов И.Г., Рзаев А.И., Худяков В.Ф. Кипение калия в трубах при повышенных давлениях / В кн.: Исследования по механике и теплообмену двухфазных сред. – М.: ЭНИН, 1974. – С. 84–105.

69. Noyes R.C., Lurie H. Boiling Sodium Heat Transfer // Proc. 3rd Int. Heat Transfer Conf. Chicago, Aug., 1966, Vol. 5, PP. 92.

70. Петухов Б.С., Зейгарник Ю.А., Литвинов В.Д. Исследование теплоотдачи при кипении жидкого натрия в вертикальной трубе // Известия вузов. Сер. Энергетика. – 1970. – № 3. – С. 102–109.

71. Fisher C.R. Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics for Boiling Rubidium in Forced Convection Flow. – Report ORNL-3605, 1964, Vol. 2, PP. 64-85.

72. Кириллов П.Л. Обобщенная зависимость критического теплового потока от давления при кипении металлов в большом объеме // Атомная энергия. – 1968. – Т. 24. – № 2. – С. 143–146.

73. Субботин В.И., Сорокин Д.Н., Кудрявцев А.П. и др. Критические тепловые потоки при кипении эвтектического сплава натрий-калий в условиях свободной конвекции // Атомная энергия. – 1972. – Т. 32. – № 1. – С. 62–63.

74. Subbotin V.I., Ushakov, Kirillov P.L., et al. Heat Removal from Reactor Fuel Elements Cooled by Liquid Metals // Proc. 3rd Int. Conf. Peaceful Uses at Energy, Geneva, Aug. 31-Sept.9, 1964, Vol. 8, P. 192.

75. Carbon M.W. Boiling Liquid Metal Heat Transfer. – Repot TID-20942, University of Wisconsin, Madison, May, 1964.

76. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). – М.: Энергоатомиздат, 1990.

77. Hoffman H.W. Recent Experimental Results in ORNL Studies with Boiling Potassium. – Report ORNL-3605, 1964, Vol. 1, PP. 334-350.

78. Fisher C.R., et al. Aerojet-General Nucleonics, San Ramon, California, 1964, No. 8099 (Cit. by [55]).

79. Fisher C.R., et al. Aerojet-General Nucleonics, San Ramon, California, 1965, No. 8 (Cit. by [55]).

80. Peterson I.R. // Power Reactor Technology, 1966, Vol. 9, No. 4, PP. 194.

81. Jones J.K., Hoffman H.W. Critical Heat Flax for Boiling Water in a Rod Bundle as a Prelude to Boiling Potassium // ASME Ser. C, 1970, PP. 1-8.

82. Smith A.M. / Oak Ridge National Laboratory (Personal communication to J.K. Jones. Cit. by [15]), November, 1969.

83. Huntley W.R. / Oak Ridge National Laboratory (Personal communication to J.K. Jones. Cit. by [15]), November, 1969.

84. Kottowski H. M., Savatteri C., Hufchmidt W. A New critical heat flax correlation for boiling liquid metal, Nuclear Science and Engineering, 1991, Vol. 108, No. 4, PP. 396-413.

85. Aladjev I.T., Gorlov I.G., Fedynsky O.S. The Effect of Nonuniform Axial Heat Flux Distribution on Critical Heat Fluxes with Potassium in Tubes // Proc. of 4th Int. Heat Tensfer Conf. – Versalies, 1970, B.8.1 (Cit. by [84]).

86. Kottowski H.M., Savatteri C. Fundamentals of Liquid Metal Boiling Thermohydraulics // Nuclear Engineering and Design, 1984, Vol. 82, No. 3, PP. 281-304.

87. Chang S.H., Lee Y.B. A New Critical Heat Flux Model for Liquid Metals under Low Heat Flux – Low Flow Conditions // Nuclear Engineering and Design, 1994, Vol. 118, No. 3, PP. 487-498.

88. Peppler W. Experimental Investigations of Dryout for Sodium Boiling in Narrow Channels // Progress in Heat and Mass Transfer, 1973, No. 7, PP. 41-428.

89. Kaiser A., Peppler W., et al. Type of Flow, Pressure Drop and Critical Heat Flux of a Two-Phase Sodium Flow // Nuclear Engineering and Design, 1974, Vol. 30, No. 3, PP. 305-315.

90. Yamaguchi K. Flow Pattern and Dryout under Sodium Boiling Conditions at Decay Power Levels // Nuclear Engineering and Design, 1987, Vol. 99, No. 3, PP. 247-263.

91. Browning P., Potter P.E. An Assessment of the Experimentally Determined Vapour Pressures of Liquid Metals. In book: Handbook of Thermodynamics and Transport Properties of Alkali Metals / Ed. by Ohse R.I., 1st edition. – London: Blacwill Scientific Publications, 1985, PP. 355.

92. Корнеев М.И. Теплообмен при кипении ртути и амальгам магния / В кн.: Жидкие металлы. Под ред. В.М. Боришанского и др. – М.: Госатомиздат, 1963. – С. 220–244.

93. Сорокин А.П., Иванов Е.Ф. и др. Экспериментальные исследования теплообмена и устойчивости кипения жидкометаллического теплоносителя в контуре естественной циркуляции: Препринт ФЭИ-2631, Обнинск, 1997.

94. Sorokin A.P., Ivanov E.Ph., Bogoslovskaya G.P., et al. Boiling of Liquid Metal in Natural Circulation Loop // Proc. of 11th Int. Heat Transfer Conference. August 23-28, Kyongju, Korea, 1998, Vol. 2, PP. 357-361.

ФЭИ – 3276. Обнинск: ФЭИ, 2017. – 40 с.