Теплопроводность материала

В процессе эксплуатации ПГ возможны различные отклонения от номинальных режимов (появление отложений на теплопередающих поверхностях, необходимость глушения отдельных трубок вследствие обнаруженных в них дефектов и т. д.). Все это приводит к изменениям распределения температур в отдельных узлах ПГ, которые должны быть оценены с точки зрения допустимости (по условиям теплообмена и прочности).

Растворимость продуктов коррозии в N2O4 незначительная (меньше, чем у Н2О), поэтому окислы и соли металлов выпадают из раствора в виде твердой фазы и при длительной работе установки накапливаются ' в контуре. Для исключения отложений продуктов коррозии на теплопередающих поверхностях в замкнутом циркуляционном контуре должна создаваться система очистки теплоносителя в жидкой и газовой фазах.

низкотемпературной коррозии и отложений на нагревающих теплопередающих поверхностях требует введения отбора на постоянную очистку 2—5% расхода основного контура и снижения содержания Fe, Cr, Ni в жидком теплоносителе ^0,01—0,02 мг/кг. Предельные нормы содержания хлора и нелетучего остатка в N2O4 пока существенно выше, чем в воде, и в настоящее время требуется их дальнейшее экспериментальное обоснование.

Условия на теплопередающих поверхностях (толщина и структура окисных пленок, динамика их изменения, образование на поверхности растворимых и нерастворимых соединений и т. д.) оказывают определенное влияние на характеристики теплообмена и гидравлического сопротивления, поэтому их необходимо учитывать при постановке эксперимента и анализе опытных данных, а также при расчете и проектировании экспериментальных установок, тешюобменных аппаратов и реакторов АЭС.

Результаты некоторых измерений средней концентрации примесей на чистой греющей поверхности из нержавеющей стали в условиях кипения при 327°С опубликованы в работе 111]. При отсутствии объемного кипения и при высокой концентрации ЫазРО4 (имеющего отрицательный температурный коэффициент растворимости) авторы не обнаружили заметных отложений на поверхности. Из приведенных данных можно заключить, что на сегодня мы не располагаем исчерпывающей информацией о поведении растворенной примеси на чистых теплопередающих поверхностях в процессе кипения воды при высоких температурах.

Для технологии водного реактора поведение концентрированных растворов представляет интерес из-за возможного концентрирования растворенного вещества в теплоносителе при кипении на теплопередающих поверхностях, что может вести к образованию других фаз. В первую очередь интересно взаимодействие между раствором и материалом, с которым он контактирует. Взаимодействие между металлами и их окисными поверхностями зависит от особенностей свойств ионов и их концентрации. Последняя может быть ограничена растворимостью, летучестью и соотношением давления и температуры растворов. Специфические эффекты ионов представлены в гл. 8, здесь рассмотрено влияние давления и температуры.

3.5.1. Отложения на теплопередающих поверхностях. Дик и др. [31, 32] исследовали отложения в сверхкритических системах. Как отмечалось ранее, метод простого равновесия является хорошим приближением в проблеме отложений. Соответствующие соотношения для кипящих и некипящих систем были представлены ранее в уравнениях (2.15) и (2.20) соответственно.

Итак, при промежуточных температурах скорость коррозии алюминия (сплавов) чувствительна к рН и растет с увеличе: нием температурных различий в системе. Переносимые продукты коррозии могут осаждаться на существующих ядрах во взвеси быстрее, чем на холодных теплопередающих поверхностях, что и приводит к высоким уровням взвешенных веществ. Явления коррозии и переноса для материалов, более широко применяемых в энергетических реакторах, должны быть изучены в тех же направлениях.

Измерения-коррозии при наличии теплопередачи во внереак-торных испытаниях были опубликованы многими авторами. Ни одно из этих испытаний не охватывало фактически область после перелома и, таким образом, не может служить критерием для долгосрочных предсказаний, необходимых для прогнозирования времени жизни реактора. Они, однако, пригодны для оценки эффектов в коррозии при наличии теплопередачи, не рассмотренных в анализах Вэлдмана и Коэна [21]. Самым важным из них является пузырьковое кипение на теплопередающих поверхностях, которое имеет место на оболочках твэлов как в BWR, так и в PWR.

ские добавку рН, температура и состав сплава. Попеременное смачивание и осушение, кипение на теплопередающих поверхностях— вероятные причины концентрирования хлоридов. Относительно низкие концентрации хлоридов и кислорода вызывают растрескивание аустенитных нержавеющих сталей, в частности при условиях попеременного смачивания и высыхания. Относительно высокая концентрация хлоридов либо кислорода может быть безопасной, если концентрация одного из них достаточно мала. В некоторых работах отмечалось положительное влияние высоких рН (до 10) в отсутствие других добавок. Отмечено положительное влияние Na3PO4 и Na2SO3.

Эти идеи будут развиты далее в гл. 9, здесь важно отметить, что точная оценка коррозионных процессов на теплопередающих поверхностях требует по крайней мере детального воспроизводства условий эксплуатации материала.

Каждый раз, когда требуется определить свойства образца материала при определенной температуре, необходимо предварительно выдержать образен при этой температуре достаточно долгое время, чтобы весь объем испытуемого материала принял нужную температуру. Это время тем больше, чем больше размер образца и чем меньше теплопроводность материала.

Подобным испытаниям подвергаются хрупкие материалы и изделия из них. Стойкость к термоударам зависит от температурного коэффициента линейного расширения материала; поэтому для приблизительной оценки этой характеристики можно пользоваться соотношением Л/а,, в котором А — коэффициент, определяемый механической прочностью и теплопроводностью материала; аг — температурный коэффициент линейного расширения. При неоднородности материала, а также дефектах роверхности (царапины и т. п.) стойкость к термоударам сильно снижается, что легко объяснимо теорией прочности хрупкого тела. Некоторые материалы, например стекло, подвергаются травлению плавиковой кислотой для повышения стойкости к термоударам; так же действует закалка.

где q = Q/S — плотность теплового потока, Вт/м2 ; X — теплопроводность материала тела; знак минус показывает, что тепловой поток распространяется в направлении уменьшения температуры, т.е. от точки тела с большей температурой к точке, имеющей меньшую температуру. При одномерном распространении тепла, например, в направлении оси х имеем

Теплопередача через сребренную стенку. Е - коэффициент эффективности ребра, где / и 6„ - длина и толщина ребра; Хр - теплопроводность материала ребра; а2 коэффициент теплоотдачи на сребренной поверхности

Толщина тепловой изоляции dL выбирается из условия получения максимального полного КПД индуктора. С увеличением d(() уменьшаются тепловые потери, однако одновременно падают электрический КПД и коэффициент мощности индуктора. Оптимальная толщина изоляции тем больше, чем выше температура и теплопроводность материала футеровки, а также чем меньше удельная мощность, передаваемая в заготовку. Размер d^ уточняется с учетом принятой технологии изготовления футеровки. Из условия механической прочности толщина теплоизоляционных гильз или слоя бетона должна быть не менее 10 мм.

где /с--длина половины средней линии той части сердечника, которая находится вне катушки; 5е площадь поперечного сечения сердечника; Хс—теплопроводность материала сердечника; р(. = (<'/ет1К/(}.CSC); 1U периметр noiеречпого сечения сердечника; k,—коэффициент теплоотдачи с поверхности сердечника.

Рассмотрим переходные тепловые режимы при включении аппарата под нагрузку током и при отключении тока. Допустим, что проводник с током имеет одинаковую температуру по всему сечению (бесконечно большая теплопроводность материала) и длине (бесконечно длинный проводник), выделяемая в провод-

где 7',, — температура проводнике на большом расстоянии (д:->--*-ос) от контакта; х — расстояние от контакта; Ят — тепловое сопротивление стержневого бескоречно длинного радиатора, которым является токопровод по отношению к контакту. Согласно уравнению (8.57), при f->oo R-r=\/}'XSkrn, где К — теплопроводность материала токопровода; II — боковая поверхность единицы его длины; S — площадь поперечного сечения токопровода; ?т— коэффициент теплоотдачи с его (юковой поверхности. Такое распределение температур изображено на 9.5,6.

Яиз — теплопроводность материала изоляции витков, определяемая по табл. 9-1.

Тепловое сопротивление вычисляется по геометрии теплостока и теплопроводности материала теплостока (табл. 4-7): RT = l/(sK), К/Вт, где / — длина теплостока, м; s — площадь сечения теплостока, м2; К — теплопроводность материала теплостока, Вт/(м-К). Измерение теплового сопротивления производят по температурному напору ДГ, К, и мощности Р, Вт, отводимой при этом напоре по теплосто-ку:Ят = Д77Р, /С/Вт.

где X1 — теплопроводность материала; п — единичный вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры; dt/dn — производная от температуры по нормали, Для некоторой изотермической поверхности 5;, находящейся между поверхностями S/ и Sj, плотность теплового потока