ЧИСЕЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДВОФАЗНОГО ТЕПЛООБМІНУ ТА ФАЗОВОГО РОЗШАРУВАННЯ У ЗМІЙОВИКОВИХ ПОДОВИХ ЕКРАНАХ КОТЛА ТПП-210А

Abstract

У статті проведено тривимірне розрахункове дослідження (CFD) локальної гідродинаміки, фазових перетворень та теплообміну у слабонахилених подових випарних трубах котла високого тиску ТПП-210а (15,5 МПа) в умовах гнучкого маневрування ТЕС. Метою роботи є чисельне оцінювання тривимірного локального тепломасообміну, гідродинамічної стійкості двофазного потоку та температурного стану подових екранних труб за умов сумісної дії високого тиску та одностороннього радіаційного нагріву (350 кВт/м²). Методологія дослідження базується на застосуванні дворідинної ейлерової моделі (Eulerian-Eulerian Two-Fluid Model) для опису взаємопроникаючих континуумів пари й води, механістичної моделі RPI (Rensselaer Polytechnic Institute) для пристінкового бульбашкового кипіння недогрітої рідини та k-w SST моделі турбулентності з адаптованою сіткою (y⁺ < 1). Основні результати: Виявлено, що на прямолінійних слабонахилених ділянках змійовика під дією гравітації виникає фазове розшарування (стратифікація) з накопиченням пари біля верхньої твірної (a_v = 0,55…0,75). Встановлено, що при проходженні 180-градусних радіусних вигинів (калачів) відцентрові сили спричиняють формування парних вторинних вихорів Діна. Ці вихори конвективно переносять рідку фазу до верхньої та внутрішньої твірних каналу, забезпечуючи інтенсивне перемішування потоку, руйнування парових подушок та суцільне змочування металу. Визначено, що коефіцієнт тепловіддачі при бульбашковому кипінні залишається рівномірно високим вздовж усього тракту (HTC ≈ 22,4…38,1 кВт/(м²∙К)) без ознак настання кризи кипіння. Зовнішня температура стінки (котлова сталь 20, d = 6 мм) не перевищує 368,4 °C при окружному перекосі 3…5 °C. Доведено високу термогідравлічну надійність та гідродинамічну стійкість подових екранів у маневрених режимах ТЕС. Отримані результати створюють науково обґрунтоване підґрунтя для безпечного розширення регулювального діапазону енергоблоків потужністю 300 МВт, верифікації гранично допустимих теплових навантажень та безаварійного подовження паркового ресурсу металу труб парогенераторів.