Többfázisú áramlások. Tartalom. Többfázisú áramlások. Forrás. Forrásos hıátadás tartályban és csövekben Kondenzáció



Hasonló dokumentumok
Többfázisú áramlások. Tartalom. Többfázisú áramlások. Forrás. Forrásos hőátadás tartályban és csövekben. Vízkalapács. Többfázisú áramlások

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Mőködési elv alapján. Alkalmazás szerint. Folyadéktöltéső nyomásmérık Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérık. Manométerek Barométerek Vákuummérık

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Nagy létesítmények használati melegvíz készítı napkollektoros rendszereinek kapcsolásai

Vízóra minıségellenırzés H4

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékok és gázok áramlása

Szent István Egyetem FIZI IKA Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

MIKE URBAN MOUSE Csıhálózati áramlási modell. DHI Prága oktatási anyagainak felhasználásával. Kiválasztás menü és eszköztár. Csomópontok és csövek

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Az úszás biomechanikája

Folyadékok és gázok mechanikája

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

EREDMÉNYEK A NUKLEÁRIS BIZTONSÁG TERMOHIDRAULIKAI HÁTTERÉHEZ VVER TÍPUSÚ ATOMERİMŐVEKBEN

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

Készítette: Nagy Gábor (korábbi zh feladatok alapján) Kiadja: Nagy Gábor portál

DL drainback napkollektor rendszer vezérlése

A talajok fizikai tulajdonságai II. Vízgazdálkodási jellemzık Hı- és levegıgazdálkodás

B.: HİTAN. Dr. Farkas Tivadar

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Faanyagok modifikációja_06

Felhasználói tulajdonú főtési rendszerek korszerősítésének tapasztalatai az Öko Plusz Programban

Innovatív hıszigetelı anyagok a passzívház építésben

Folyadékáramlás. Folyadékok alaptulajdonságai

Gazdaságos, pontos, technológiabarát

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

Termodinamika (Hőtan)

Folyadékok és gázok mechanikája

Térfogatáram hagyományos mérése

Tiszta anyagok fázisátmenetei

A légfüggönyök alkalmazása üzemcsarnokok, hőtıházak kapuinál

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje.

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

KÍSÉRLETEK AZ ANCARA MÉRŐKÖRÖN

1.9. A forgácsoló szerszámok éltartama

7. KÜLÖNLEGES ÁRAMLÁSMÉRİK

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

Boda Erika. Budapest

CORONA MCI rádiózható nedvesenfutó mérıkapszulás házi vízmérı

Segédlet az ADCA szabályzó szelepekhez

A légkör víztartalmának 99%- a troposzféra földközeli részében található.

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

FIZIKA. Ma igazán belemelegszünk! (hőtan) Dr. Seres István

FIZIKA. EMELT SZINTŐ ÍRÁSBELI VIZSGA április 19. Az írásbeli vizsga idıtartama: 240 perc. Max. p. Elért p. I. Feleletválasztós kérdések 30

MEGÚJULÓ ENERGIÁK ALKALMAZÁSÁNAK FEJLESZTÉSI IRÁNYAI ÉS LEHETİSÉGEI MAGYARORSZÁGON HİSZIVATTYÚK SZEKUNDER OLDALI KIALAKÍTÁSA FELÜLETFŐTÉSSEL

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

FIZIKA. EMELT SZINTŐ ÍRÁSBELI VIZSGA április 19. Az írásbeli vizsga idıtartama: 240 perc. Max. p. Elért p. I. Feleletválasztós kérdések 30

Danfoss Hőcserélők és Gömbcsapok

A környezetszennyezés folyamatai anyagok migrációja

óra C

Tájékoztató. Értékelés Összesen: 60 pont

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Modern fizika vegyes tesztek

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI IV.

Fluidumok áramlása. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Hőszivattyús rendszerek

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Termodinamikai bevezető

TERMÉKSZIMULÁCIÓ I. 12. elıadás

A Laboratórium tevékenységi köre:

IpP-CsP2. Baromfi jelölı berendezés általános leírás. Típuskód: IpP-CsP2. Copyright: P. S. S. Plussz Kft, 2009

A szerkezeti anyagok tulajdonságai és azok vizsgálata

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Termográfiai vizsgálatok

Szeretettel Üdvözlök mindenkit!

Fázisátalakulások. A víz fázisai. A nem közönséges (II-VIII) jég kristálymódosulatok csak több ezer bar nyomáson jelentkeznek.

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

TOL A MEGYEI SZILÁRD LEÓ FIZIKAVERSE Y Szekszárd, március óra 11. osztály

Feladatok gázokhoz. Elméleti kérdések

Áramlástan feladatgyűjtemény. 3. gyakorlat Hidrosztatika, kontinuitás

Fázisok. Fizikai kémia előadások 3. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet. Fázisok

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

A LÉGPÁRNÁSHAJÓ-TERVEZÉS ALAPELVEI

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

Termikus interface anyag teszter szimulációja MATLAB-ban

4. Biztonsági elıírások. 1. A dokumentációval kapcsolatos megjegyzések

TABLETTÁK ÉS KAPSZULÁK SZÉTESÉSE

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Danfoss Elektronikus Akadémia Hőelosztó hálózatok nyomáslengései

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

On site termikus deszorpciós technológia. _site_thermal_desorption.html

Átírás:

Többfázisú áramlások Forrásos hıátadás tartályban és csövekben Dr. Aszódi Attila Atomreaktorok termohidraulikája Tartalom Többfázisú áramlások Forrásos hıátadás Forrás tartályban, kritikus hıfluxus Forrás csövekben áramló folyadékban Forráskrízisek Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 1 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2 Többfázisú áramlások Forrás Leggyakoribb a forrás-kondenzáció, ekkor víz és gız alkotja a két fázist Csövekben gyakran víz-levegı áramlások Gyakorlati példák: gızfejlesztı, kondenzátor, BWR, kémiai reaktorok stb. Továbbiakban víz-vízgız rendszereket vizsgálunk Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 3 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 4

Definíciók Többfázisú áramlások pl. kétfázisú, levegı-víz áramlás vízszintes csıben: az összes tömegáram: térfogatárammal: térfogati hányad (α i ): tömeghányad: m & = m& f + m& g m& f m& g Q = Q f + Qg = + ρ f ρ g Vi 0 < αi < 1; αi = ; αi = 1 Vi m& i X i = m& i Többfázisú áramlások Áramlási rendszerek: réteges és diszperz áramlások Réteges áramlás: Diszperz áramlás: Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 5 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 6 Többfázisú áramlások az áramlási rendszerek többsége átmenet a réteges és a diszperz áramlás között ezeket az áramlás alakja alapján különböztethetjük meg: pl. dugós, tömlıs, stb. áramlás Többfázisú áramlások Forrás (buborékképzıdés): homogén vagy heterogén Homogén buborékképzıdés: a telítési hımérsékleten levı folyadékban képzıdnek gızbuborékok (gyakorlatban nem létezik, 1 bar nyomáson kb. 220 o C-on forrna a víz) Heterogén buborékképzıdés (aláhőtött forrás): a főtött felület egyenetlenségein keletkeznek a gızbuborékok : analóg módon Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 7 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 8

Buborékképzıdés Többfázisú áramlások alulról melegített tartályban az alsó felület éri el elıször a telítési hımérsékletet az itt keletkezı buborék felúszik, összeroppan 2 p f R Π + 2RΠσ = pg R 2σ p = pg p f = R 2 Π ekkora nyomáskülönbség kell a buborék belseje és a folyadék között ahhoz, hogy létezhessen a buborék 2R p g p f Buborékképzıdés R 0: p Többfázisú áramlások sík felületen végtelen nagy p kellene a buborék létrejöttéhez gızképzı centrumok kellenek: felületi hibák, amelyekben létrejöhet a buborék a nagyobb centrumokhoz kisebb túlhevítés szükséges a buborékképzéshez Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 9 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 10 q & = ( T ) = Többfázisú áramlások α α T T ) ( w sat ha q & nı, akkor T T ) is nı ( w sat egyre kisebb gızképzı centrumok is üzemelni kezdenek nı a forrás intenzitása, ami a hıátadási tényezı javulásához vezet nagyobb nyomás esetén a tipikus buborékméret lecsökken, a buborékok leszakadási frekvenciája megnı Forrásos hıátadás A főtött felületrıl a folyadékba átadott hı: q = α ( T T ) = α T s w sat e ahol T w a főtött felület hımérséklet, T sat a folyadék telítési hımérséklete, α a hıátadási tényezı A hıátadási tényezı két részbıl tevıdik össze: a forrás miatti hıátadásból (keletkezı buborékok által elszállított hı) és a konvektív hıátadásból Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 11 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 12

Forrásos hıátadás A forrásos hıátadás függ: Álló vagy áramló folyadékban történik-e áramlás keltette turbulencia a buborék hamarabb szakad el a felületrıl A nyomástól és a folyadék hıfizikai tulajdonságaitól A nyomás növekedésével a buborékméret csökken, a gızképzı centrumok száma, és a buborékok elszakadási frekvenciája nı α Forrásos hıátadás A forrásos hıátadás függ: Aláhőtés mértékétıl és a főtött felület hımérsékletétıl: nagyobb felületi túlhevítés és kisebb folyadék aláhőtöttség Hıátadó felület érdességétıl: az érdesség növelése növeli a gızképzı centrumok számát α α Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 13 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 14 Forrás tartályban Forrás tartályban A folyadék áll a tartályban, a felület közelében a természetes konvekció határozza meg a folyadék-részecskék mozgását Ha a folyadék hımérséklete jóval nagyobb T sat -nál, térfogati forrás jöhet létre Térfogati forrás tartályban A valóságban T sat -ot alig meghaladó hımérsékletek esetén is beindul a forrás aláhőtött (felületi) forrás a felület gızképzı centrumaiban indul el Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 15 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 16

A forrásgörbe A forrásgörbe 1. Egyfázisú áramlás, hıátadás csak konvekcióval 2. Felületi (buborékos) forrás buborékok leszakadása turbulenciákat kelt a felületen a hıátadás hatékonysága gyorsan nı Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 17 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 18 A forrásgörbe A forrásgörbe 3. Felületi (tömlıs) forrás a gızbuborékok nagyobb tömlıkké egyesülnek hıátadás intenzitása igen gyorsan nı 4. Átmeneti forrás T w növelésével az intenzív gızképzıdés miatt gızfilm kezd képzıdni a felületen q max (kritikus hıfluxus) elérése után a hıátadás hirtelen lecsökken Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 19 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 20

A forrásgörbe A forrásgörbe 5. forrás a teljes felületet gızfilm borítja T w növekedésével jelentıssé válik a hısugárzás, így q min (Leidenfrostpont) fölött a hıátadás javul Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 21 Forráskrízis ha nem T w -t növeljük egyenletesen, hanem állandó hıforrást teszünk fel (a gyakorlatban ez a valószínőbb), q max - ot elérve azonnali filmforrás következik be, ami a felület gyors túlhevüléséhez vezet Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 22 Példa: Nukiyama-kísérlet álló folyadékban (1 atm nyomású, telített FC-72, amely erısen nedvesítı dielektromos folyadék) egy 75 mm átmérıjő, elektromosan főtött platina szálat merítettek a folyadékba (Tsat=56 C) A videófelvételek 600 képkocka/s sebességgel készültek nagysebességő digitális kamerával. A lejátszás 2 képkocka/s sebességő, kivéve a "H" pontot, amely 10 kép/s sebességő. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 23 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 24

A : A forrás beindulása forrás keletkezése: 6 W/cm-es hıfluxusnál Figyeljük meg a nagy gızbuborékok kezdeti alakját a drótszál közelében! Bizonyos körülmények között ez a viselkedés filmforrás kialakulásához vezethet a buborékos forrás helyett. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 25 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 26 B : Térfogati forrás / Alacsony hıfluxus mellett 12 W/cm-es hıfluxus melletti buborékos forrás Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 27 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 28

C : Térfogati forrás / Magas hıfluxus mellett 18 W/cm-es hıfluxus melletti buborékos forrás Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 29 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 30 "D": Kritikus hıfluxus (CHF) Ez a felvétel mutatja az átmenetet a buborékos forrásból a filmforrásba, azaz a kritikus hıfluxust (CHF). A kritikus hıfluxus a kísérletnél 25 W/cm. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 31 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 32

"E": forrás / Alacsony hıfluxus A felvételen 76 W/cm-es hıfluxus melletti filmforrás látható. Figyeljük meg a rendezett buborékképzıdést! Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 33 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 34 "F": forrás / Magas hıfluxus A felvételen 293 W/cm-es hıfluxus melletti filmforrás látható. Figyeljük meg a kaotikus buborékképzıdést! Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 35 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 36

"G": Kiszáradás, kiégés Ez a felvétel a főtıszál kiszáradását mutatja. A hıfluxus körülbelül 500 W/cm. Figyeljük meg, hogy a főtıszál középen megolvad! ( burnout ) Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 37 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 38 "H": Második kritikus hıfluxus (MHF) A felvételen a filmforrásból a buborékos forrásba történı átmenet látható, ami az ún. második kritikus hıfluxusnál következik be. Ez a hıfluxus a kísérletnél 15 W/cm. Felületek hatása a forrásra Példa: Nukiyamakísérlet Elızıvel megegyezı mérési elrendezés, de a főtött szál egyik fele porózus bevonattal ellátva (sok buborékképzı centrum) Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 39 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 40

Felületek hatása a forrásra A : 2 W/cm hıfluxus mellett a drótszál bevonattal ellátott részén már buborékos forrás, miközben a másik részén még egyfázisú természetes konvekció zajlik. Felületek hatása a forrásra B : 6 W/cm-es hıfluxus mellett a főtıszál mindkét részén buborékos forrás látható, de a bevont részen a nagyszámú buborékképzı centrum miatt sokkal több, de kisebb mérető buborék keletkezik. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 41 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 42 Felületek hatása a forrásra Felületek hatása a forrásra C : 17 W/cm-es hıfluxus mellett a főtıszál bevonattal ellátott részén még mindig buborékos forrás történik, de a másik részen már kialakult a filmforrás. D : 26 W/cm-es hıfluxus mellett a főtıszál mindkét részén filmforrás tapasztalható. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 43 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 44

Rendezett és kaotikus buborékképzıdés Rendezett és kaotikus buborékképzıdés Példa: Nukiyama-kísérlet Rendezett buborékkeletkezés Kaotikus buborékkeletkezés Nagyobb hıfluxusnál a növekvı buborékok még a felület elhagyása elıtt összeolvadnak, A főtıszál vörös izzása a megnövekedett felületi hımérsékletet jelzi. q=37 W/cm 2 q=61 W/cm q=90 W/cm 2 q=99 W/cm 2 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2 45 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 46 Kiszáradás Rendezett és kaotikus buborékképzıdés A két felvétel egymás után készültek (0.067 másodperc idıkülönbséggel) a kiszáradás pillanatában. A Nichrome szál olvadáspontja körülbelül 1400 C. Többfázisú áramlás csövekben Forrás kényszerített áramlás esetén a folyadék nincs nyugalomban a hıátadás a kényszerített áramlás konvektív hıátadásából és a forrás miatti hıátadásból áll Példa: függıleges csıben felfelé áramló folyadék, állandó külsı hıfluxussal (külsı főtés) q=107 W/cm 2 q=107 W/cm Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 2 47 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 48

A: a folyadék T sat -nál alacsonyabb hımérséklettel lép alul a csıbe B: a csıfalnál a folyadék hımérséklete eléri a telítési hımérsékletet, így ott aláhőtött buborékos forrás indul be. Eközben a folyadék nagy része még T sat -nál alacsonyabb hımérséklető. A forrás miatti turbulencia javítja a hıátadást, így a fal hımérséklete nem emelkedik olyan gyorsan, mint eddig. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 49 C: a teljes folyadék eléri a T sat hımérsékletet, beindul a telített térfogati forrás D: az egyre több buborék nagyobb tömlıkké áll össze. A fal hımérséklete a fázisátalakulás miatt nem emelkedik, sıt a turbulencia miatt kicsit csökken. E: a gızbuborékok a csı közepén egyetlen gıztömlıvé állnak össze, a falon folyadékfilm F: a gız-víz határfelületrıl vízcseppek sodródnak a gızfázisba Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 50 G: kiszáradás - A gızfázis magával sodorja a folyadékfilm vízcseppjeit a csıfalról. - A közeg itt többnyire gız, diszperz folyadékcseppekkel. - A konvektív hıátadás megszőnése miatt igen gyorsan nı a falhımérséklet, innen a hısugárzás játszik szerepet H: egyfázisú, telített gız áramlás Elég nagy hıfluxus esetén C után gızfilm képzıdhet a csıfalon, amely szeparálja a folyadékfázist a főtött felülettıl. Ekkor a forrásgörbe kritikus hıfluxusához hasonló helyzet (forráskrízis) állhat elı. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 51 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 52

Forráskrízisek Forráskrízisek Forráskrízis: olyan folyamat, amely a hıátadás mechanizmusának és intenzitásának gyökeres megváltozását okozza Technikai rendszerekben igen fontos ezek elkerülése (a berendezések tönkremeneteléhez vezethet!) Forráskrízisek: elsı- és másodfajú Elsıfajú forráskrízis: elsı típusú fk.: buborékos forrásból filmforrásba (DNB: Departure from Nucleate Boiling) második típusú fk.: filmforrásból buborékosba harmadik típusú fk.: közvetlen átmenet egyfázisú konvekcióból filmforrásba 2. típusú fk. 1. típusú fk. 3. típusú fk. Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 53 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 54 Másodfajú forráskrízis: dryout - kiszáradás átmenet a győrős diszperz áramlásból diszperz áramlásba a főtött felület kiszárad Forráskrízisek Elsı típusú forráskrízis Forráskrízisek q = q& CHF (Critical Heat Flux) & krit 1 DNB = dimenziótlan jellemzı: DNBR (Departure from Nucleate Boiling Rating q& DNB DNBR (r, t) DNBR = q & Idıfüggés: üzemállapot, xenonlengés, szab. rúd pozíció, kiégés Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 55 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 56

Forráskrízisek Forráskrízisek Tervezési és üzemeltetési feltétel: minden r helyre, minden idıpillanatra: q & < q& DNB DNBR = 1 + δ > 1 A kritikus hıfluxusig még meglévı tartalék: q& DNB q& δ = q& A minimális tartalék δ m >0 DNBR min DNBR m = 1+ δ m Üzemzavari minimális tartalék δ m =0,05-0,1 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 57 Forrásos hıátadás lg q α=f(q,p) víz esetében A buborékos forrás tartományában: α = Aq 0,7 2,33 " = B T Az A és a B tényezı a folyadék anyagi minıségétıl és a nyomástól függ. Légköri nyomás esetén vízre a buborékos forrás tartományában jellemzı értékek: T=5..25 [K] q =5,8 10 3..1,2 10 6 [W/m 2 ] Valóságban: DNBhıfluxus változik a hely függvényében áramlás irányában csökken DNBR-nek nem feltétlenül ott van minimuma, ahol q - nek maximuma van Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 58 Forrásos hıátadás A kritikus hıfluxus értékek függenek a folyadék anyagi minıségétıl, az áramlás feltételeitıl (természetes vagy kényszerített) és a nyomástól. Forrásban lévı víz esetén természetes áramlás mellett 1 bar nyomáson: T kr =23..27 K; α kr =47 000 W/(m 2 K); q kr =1,2 10 6 W/m 2 Benzolnál ugyanezen feltételek mellett: T kr =47 K; α kr =8 700 W/(m 2 K); q kr =410 10 3 W/m 2 Ha q túllépi az adott körülmények között érvényes q kr -t, akkor α hirtelen lecsökken és T fal túllépi a megengedhetı értéket, ami a berendezés károsodásához vezethet. Forrásban lévı vízre (0,2 p 100 bar) esetén: Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 60 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 59

q" q" q" q" p, kr 1, kr p, kr 1, kr = 3..3,5 p p kr Forrásos hıátadás A kritikus hıfluxus nyomásfüggése = 0,35..0,4 Különbözı folyadékok esetén hasonló, az ábrán látható jellegő a kapcsolat a p/ p kr és a q p,kr / q 1,kr között. p: adott nyomás p kr : a kritikus nyomás q p,kr : a felület kritikus hıterhelése a p nyomás mellett q 1,kr : a felület kritikus hıterhelése 1 bar nyomás mellett Víz esetén a maximális érték: q p,kr =3,5..4 10 6 W/m 2 ez p =80-90 bar esetén van Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 61 Forrásos hıátadás Forrásos hıátadás A forrásos hıátadás esetén a hıátadási tényezı, a kritikus hıterhelés (általánosított összefüggések) és a leíró hasonlósági számok: q kr Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 62 Forrásos hıátadás Az elıbbi összefüggésekkel az α=f( T,p) és α=f(q,p) diagrammok: A hıátadási tényezıt és a kritikus hıterhelést leíró általánosított egyenletekbe a hasonlósági kritériumokat beírva majd átrendezve kapjuk: a hıátadási tényezı: q kr q Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 63 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 64

Forrásos hıátadás q kr, α kr, T kr változása a nyomás függvényében: q kr, α kr, T kr q kr, α kr, T kr Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 65 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 66 Homogén kondenzáció Felületi kondenzáció: T sat - nál alacsonyabb hımérséklető falon cseppkondenzáció filmkondenzáció Homogén kondenzáció Homogén kondenzáció nyomás csökkentése folyadékcseppek porlasztása gızbe gız buborékoltatása folyadékon Gız Vízcseppek Gız Folyadék Köd Folyadék Gız Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 67 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 68

Felületi kondenzáció: a fal alacsonyabb hımérséklető az adott nyomáshoz tartozó T sat -nál a gız lecsapódik és a falhoz tapad csepp-kondenzáció film-kondenzáció Csepp-kondenzáció: csak a falat nemnedvesítı folyadékoknál, egyébként mindig filmkondenzáció jön létre Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 69 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 70 Hıátadás: Lamináris a folyadékfilm ill. cseppek rontják a hıátadást a gız és a fal között a lemez tetején kondenzálódó folyadékfilm lefelé áramlik gız csepp-kondenzáció esetén kb. egy nagyságrenddel jobb a hıátadás, mint film-kondenzációnál, ezért alkalmaznak nem-nedvesedı burkolatokat (teflon) hıátadás a gızbıl a fal felé a gız-víz határfelületen keresztül Turbulens T s T T v, oo u Re=30 alatt lamináris 30<Re<1800: lamináris, hullámos folyadék Re=1800 fölött turbulens Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 71 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 72

Lamináris filmkondenzáció esetén: a kondenzáció során szabaddá váló összes hımennyiség a filmrétegen keresztül jut el a falhoz lamináris áramláskor csak hıvezetés, azaz λ q& x = ( T δ x q& = α ( T x x s s T T w w ) ) [ W / m [ W / m 2 2 ] ] λ α x = δ [ W / m 2 K] folyadék Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 73 x δ x gız Lamináris filmkondenzáció esetén: a hıátadási tényezı tehát a folyadékréteg vastagságából határozható meg Függıleges sík fal esetén (r a párolg. hı): Feltevések: lamináris áramlás a filmben a tehetetlenségi erık << viszkozitási és nehézségi erı a film hosszirányában elhanyagoljuk a hıvezetést csapadék és gız között nem lép fel súrlódás a film felszíni hım-e T sat csapadék hıtranszport-jellemzıit a film T=(T s +T w )/2 átlaghım-en vett állandóként kezeljük folyadék Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 74 δ x gız Lamináris filmkondenzáció esetén: Függıleges sík fal esetén (Nusselt): 4λνx( Ts Tw ) δ x = 4 [ m] ρgr δ x gız Turbulens filmkondenzáció esetén α = 0,003 H ( T s T w ) 3 λ g 3 rρν [ W / m 2 K] gız λ α x = = δ x 4 3 λ ρgr 4νx ( T T ) s w [ W / m K] H magasságú függıleges fal ill. csı esetén: 2 folyadék H 1 4 α = α xdx = H 3 0 = 0,943 4 H 1 4 ( T T ) s 3 λ ρgr 4ν H w 4 ( T T ) s 3 ρgrλ ν w = [ W / m 2 K] folyadék Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 75 Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 76

Lamináris filmkondenzáció esetén: d átmérıjő vízszintes csı külsı felületén: hasonló az elıbbi esethez, levezetést elvégezve kapjuk: 3 r ρgλ 2 α = 0,7284 4 [ W / m K] d( Ts Tw ) ν Φ dılésszögő ferde falra: α = α Φ függ 4 sin Φ Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 77 Hıátadást befolyásoló egyéb tényezık filmkondenzációnál: nagy gızsebességnél súrlódás a gız és a folyadékfilm között. Függıleges fal esetén: ha a gız fentrıl le áramlik, a hártya vastagsága csökken, a hıátadási tényezı így nı ha a gız lentrıl felfele áramlik, a hártya vastagsága nı, a hıátadási tényezı így csökken érdes/oxidált felület esetén a film vastagsága nı nem-kondenzálódó gázok jelenléte esetén a hıátadás jelentısen csökken Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 78 Hıátadást befolyásoló egyéb tényezık filmkondenzációnál: igen nagy a főtıfelület elrendezésének hatása azonos anyagjellemzık esetén vízszintes csıre kétszer akkora a hıátadási tényezı, mint függılegesre többsoros kondenzátorban a csapadék a felsı sorokról az alsókra folyik, ezért alul a film vastagsága nagyobb (emiatt ferde csapadékelvezetı falak) Atomerımővi kondenzátor Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 79 Vízkalapács-jelenség: csıben áramló folyadék útját hirtelen elzárva (pl. szeleppel) gyors nyomás-növekedés következik be a szelep mögött, ami lökéshullámot indít el a csıben Termohidraulika Dr. Aszódi Attila, BME NTI 80