Проект експериментального стенду для дослідження кавітаційних процесів в трубопроводах АЕС
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.60.2020.07Ключові слова:
кавітація, дросельні шайби, вібрація, експериментальний стенд, АЕС, ANSYS, CFXАнотація
Досвід експлуатації теплових і атомних станцій показав, що однією з основних причин появи тріщин в трубопроводах і елементах тепломеханічного обладнання є вібрації. Спрацювання відносно великих перепадів тиску на місцевих опорах, що представляють собою регулюючі органи і дросельні шайби, можуть супроводжуватися нестаціонарними процесами, пов'язаними з пульсаціями статичного і повного тиску. У роботі проводився аналіз міжнародного і вітчизняного досвіду з досліджень кавітаційних процесів, природу їх утворення, а також методи реєстрації. У доповіді представлено проект конструкції експериментального стенду для дослідження кавітаційних процесів в трубопроводах АЕС та опис основних конструктивних особливостей компонентів установки. Стенд розроблено з метою вивчення процесів, які призводять до появи вібрацій в трубопроводах АЕС на місцях встановлення дросельних шайб, та представляє собою замкнутий циркуляційний контур заповнений водою. Слід зауважити, що обрана компоновка обладнання в стенді дозволяє змінювати відстань між дросельними шайбами, а також їх кількість. Для забезпечення в експериментальній установці виникнення процесу розвиненої кавітації заздалегідь була розроблена математична модель стенду, яка дозволила обрати необхідне обладнання за розрахунковими характеристиками. Попередній детальний аналіз нестаціонарних і стаціонарних процесів, які виникають на дросельних шайбах, проводився за допомогою програмного пакету ANSYS. В якості інструмента для моделювання кавітації використовувався модуль CFX, в якому реалізована модель кавітації Релея-Плесета. При цьому, для першого етапу розрахунку була обрана модель турбулентності SST, а для другого LES WALE. Результати експериментальних досліджень, розробленого стенда, мають дозволитирозробити заходи щодо зниження рівня вібрацій у відповідних елементах обладнання АЕС, а також провести валідацію розрахункових комп'ютерних програм з аналізу стаціонарних і нестаціонарних процесів течії двофазних потоків в трубопроводах з шайбовими вузлами.
Завантаження
Посилання
Zhang J.M., Qing Y.A.N.G., Wang Y.R., Xu W.L., Chen J.G. Experimental investigation of cavitation in a sudden expansion pipe. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2011. 23 (3). P. 348–352.
Biluš I., Morgut M., Nobile E. (2013). Simulation of Sheet and Cloud Cavitation with Homogenous Transport Models. International Journal of Simulation Modeling. 2013. 12(2). P. 94–106. DOI: 10.2507/IJSIMM12(2)3.229.
Dular M., Coutier-Delgosha O. Numerical modeling of cavitation erosion. International Journal for Numerical Methods in Fluids. 2009. 61(12). P. 1388–1410. DOI: 10.1002/fld.2003.
Jablonskб M., Kozubkovб D., Himr. Methods of Experimental Investigation of Cavitation in a Conver- gent – Divergent Nozzle of Rectangular Cross Section. Measurement science review. 2016. 16(4). P. 197–204.
Luo J., Xu W.L., Niu Z.P., Luo S.J., Zheng Q.W. (2013). Experimental study of the interaction between the spark-induced cavitation bubble and the air bubble. Journal of Hydrodynamics, Ser. B. 2013. 25(6). P. 895–902.
Bilus I., Bombek G., Hočevar M., Sirok B., Cencic T., Petkovsek M. (2014). The experimental analysis of cavitating structure fluctuations and pressure pulsations in the cavitation station. Journal of Mechanical Engineering. 2014. 60(3). P. 147–157. DOI:10.5545/sv-jme.2013.1462.
Sou A., Hosokawa S., Tomiyama A. Effects of cavitation in a nozzle on liquid jet atomization. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2007. 50 (17). P. 3575-3582.
Yan Z., Liu J., Chen B., Cheng X., Yang J. Fluid cavitation detection method with phase demodulation of ultrasonic signal. Applied Acoustics. 2015. 87. P. 198–204.
Ozonek J., Lenik K. Effect of different design features of the reactor on hydrodynamic cavitation process. Wroclaw, Poland. International OCSCO World Press. 2011. 52 (2). P. 112–117.
Margot X., Hoyas S., Gil A., Patouna S. Numerical modeling of cavitation: validation and parametric studies. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2012. 6(1). P. 15–24.
Fuchs M., von Dirke M., Macdonald M., Waidmann W. Numerical RANS simulation of cavitation in throttles – approaches and first results. 56-th international scientific colloquium Ulmenau University of Technology. Innovation in Mechanical Engineering – Shaping the Future. 2011. 56. P. 1–6.
Lomakin V.O., Kuleshova M.S., Kraeva E.A. Fluid flow in the throttle channel in the presence of cavitation. Dynamics and Vibroacoustics of Machines. Procedia Engineering. 2015. 106. 27–35.
Menter F. CFD Best Practice Guidelines for CFD Code Validation for Reactor-Safety Applications, EVOL-ECORA-D01. 2002. 46 p.
Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M., Travin A. A Hybrid RANS-LES Approach with Delayed-DES and Wall-Modeled LES Capabilities. Int. J. Heat Fluid Flow International Journal of Heat and Fluid Flow. 2008. 29 (6). 1638–1649.
