Исследование пассивных испарительно-конденсационных систем теплопередачи для повышения безопасности функционирования атомного энергетического оборудования

Постановка и проведение данной работы обусловлены насущной необходимостью повышения уровня безопасности эксплуатации ядерного энергетического оборудования. Применение пассивных систем, которые функционируют, в основном, за счет естественных сил и явлений и к которым относятся системы теплопередачи испарительно-конденсационного типа (ИКТ), позволит обойтись без оборудования, при работе которого возможны отказы, уменьшит зависимость от действий оператора во время переходных процессов и аварий.

На основе проведенных комплексных теплофизических исследований теплопередающих характеристик систем теплопередачи ВКТ, разработанных научно обоснованных методик их рационального проектирования и защищенных патентами новых специфических научно-технических решений по этим системам доказано, что испарительно-конденсационные системы (ИКС) теплопередачи по комплексу присущих им теплофизических, технологических и эксплуатационных достоинств, преимуществ, особенностей органично соответствуют требованиям и условиям, предъявляемым к пассивным системам теплоотвода и тепловой защиты в атомной энергетике.

В результате выявления, исследования и анализа нескольких теплофизических факторов, ограничивающих теплопередающую способность систем испарительно-конденсационного типа, получены закономерности и зависимости, которые определяют величины максимальных тепловых потоков как функций конструктивных параметров, режимных характеристик процессов, теплофизических свойств сред, между которыми осуществляется теплообмен, и промежуточного теплоносителя. Исследованы и проанализированы методы повышения теплотранспортной способности испарительно-конденсационных систем, которые основаны на создании эффективной капиллярно-артериальной системы и разделении каналов для прохождения потоков пара и конденсата. Поставлена и решена задача оптимизации параметров капиллярной структуры теплопередающей элемента (ТЭ) ИКТ с точки зрения минимизации его термического сопротивления. На основе анализа закономерностей процессов теплообмена получены зависимости для определения оптимального соотношения длин зон испарения и конденсации ТЭ трубного пакета теплообменной системы, при котором система имеет минимальное термическое сопротивление теплопередачи. Получены основные положения методики теплового расчета пассивных систем теплоотвода ИКТ по отношению к характерным тепловым схемам теплопередачи.

Проведен комплекс работ по разработке специфических технологических решений по обеспечению эффективности и надежности функционирования систем теплопередачи ИКТ.

Разработаны оригинальные схемно-конструктивные решения ИКС для теплоотвода от энергогенерирующего оборудования, отработанного ядерного топлива и тепловой защиты металлоконструкций, защищенные патентами Украины. Организация производства и внедрение таких систем теплопередачи позволит обеспечить повышение надежности систем теплоотвода в атомной энергетике, повысить безопасность эксплуатации атомного энергетического оборудования; снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.