Record Details

DYNAMIC MODEL OF RAPID COOLANT FILTRATION THROUGH A BED OF MICRO FUEL PARTICLES

Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of Physical-Technical Sciences

View Archive Info
 
 
Field Value
 
Title DYNAMIC MODEL OF RAPID COOLANT FILTRATION THROUGH A BED OF MICRO FUEL PARTICLES
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СКОРОСТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В СЛОЕ МИКРОТВЭЛОВ
 
Creator A. Akhramovich P.; Institute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus
I. Voitov V.; Belarusian State Technological University
V. Kolos P.; Institute of Power Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus
А. Ахрамович П.; Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси
И. Войтов В.; Белорусский государственный технологический университет
В. Колос П.; Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси
 
Subject mathematical model; fuel bed; micro fuel particles; filtration; interface interaction tensor; matching conditions; Bernoulli’s function breaking; inertial and viscous effects
математическая модель; топливный слой; микротвэлы; фильтрация; тензор межфазного взаимодействия; условия сопряжения; разрыв функции Бернулли; инерционные и вязкие эффекты
 
Description It is shown that mathematical hydrodynamic models of micro fuel beds can’t describe viscous and inertial effects truly. The filtration equations obtained by averaging the equation of viscous fluid motion over an elementary volume and containing the so-called viscous term are valid only for the infinite porous medium. Using these equations and no-slip condition on the impermeable ends of bed leads to discrepancy between estimated and observed data. The constructed rapid coolant filtration model is based on the ideal fluid motion laws with a volume interphase interaction force, which is represented as a divergence of a tensor with potential and vortex components. In this case, the potential component reflects the contribution of the resistance forces to the normal pressure of the coolant and is a “hidden” parameter – the reason for experimental data spread. Using the model, dynamics of the coolant flow at the inlet and outlet of the fuel bed is investigated and the matching conditions for velocity and pressure vector are determined. These conditions make it possible to relate the filtration equation and viscous fluid motion equation on the bed permeable boundaries. Due to dominance of inertia forces at entrance and exit of the bed, the stream is refracted: at the inlet towards the normal to the bed boundary, and at the exit towards the tangent. Accounting for this effect the optimize fuel bed contours in terms of thermal physics and neutron physics will be obtained.
Показано, что при математическом моделировании гидродинамики топливного слоя с микротвэлами до сих пор не удалось удовлетворительно описать вязкие и инерционные эффекты. Уравнения фильтрации, получаемые путем усреднения уравнения движения вязкой жидкости по элементарному объему и содержащие так называемый вязкий член, справедливы лишь для бесконечной пористой среды. Использование этих уравнений и условий прилипания на непроницаемых торцах слоя приводит к результатам, зачастую не совпадающим с результатами экспериментов. В основу построенной модели положены законы движения идеальной жидкости с объемной силой межфазного взаимодействия, которая представлена в виде дивергенции тензора с потенциальной и вихревой составляющими. При этом потенциальная составляющая отражает вклад сил сопротивления в нормальное напряжение (давление) теплоносителя и является «скрытым» параметром − причиной разброса экспериментальных данных. Изучена с использованием разработанной модели динамика потока теплоносителя при входе и выходе его из топливного слоя и определены условия сопряжения для вектора скорости и давления. Эти условия обеспечивают сшивку на проницаемых границах слоя уравнений фильтрации и динамики вязкой жидкости. Установлено, что вследствие доминирования сил инерции на входе и выходе из слоя поток преломляется: при входе разворачивается в сторону нормали к границе слоя, а при выходе – в сторону касательной. Учет этого эффекта позволит оптимизировать контуры топливного слоя с точки зрения теплофизики и нейтронной физики. 
 
Publisher The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"
 
Contributor —
—
 
Date 2017-08-08
 
Type info:eu-repo/semantics/article
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
—
 
Format application/pdf
 
Identifier http://vestift.belnauka.by/jour/article/view/314
 
Source Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Physical-Technical Series; № 2 (2017); 104-115
Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук; № 2 (2017); 104-115
1561-8358
 
Language rus
 
Relation http://vestift.belnauka.by/jour/article/view/314/306
Пономарев-Степной, Н. Микротвэлами против ядерных катастроф и терроризма [Электронный ресурс] / Н. Пономарев-Степной, Е. Гришанин, Н. Кухаркин // Промышл. ведомости. − 2001. − № 18 (29). – Режим доступа: http://www.promved.ru/oct_2001_04.shtml. - Дата доступа: 18.04.2016.
Гришанин, Е. И. Антитеррористическое топливо для АЭС / Е. И. Гришанин // Атом. стратегия. − 2007. − № 29. – С. 15.
Ахрамович, А. П. О работоспособности реактора с микротвэлами. Анализ организации теплосъема в активных зонах / А. П. Ахрамович, И. В. Войтов, В. П. Колос // Изв. Нац. акад. наук Беларуси. Сер. физ.-техн. наук. − 2016. − № 3. − С. 77–86.
Гольдштик, М. А. Процессы переноса в зернистом слое / М. А. Гольдштик. – Новосибирск: Изд-во Ин-та тепло-физики СО РАН, 2005. – 358 с.
Жаворонков, Н. М. Гидравлические основы скрубберного процесса и теплопередача в скрубберах / Н. М. Жаворонков. − М.: Совет. наука, 1944. – 224 с.
Лейбензон, Л. С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде / Л. С. Лейбензон. − М.: Гостехиз-дат, 1947. – 244 с.
Аэров, М. Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес. − Л.: Химия, 1968. – 510 с.
Аэров, М. Э. Аппараты со стационарным зернистым слоем / М. Э. Аэров, О. М. Тодес, Д. А. Наринский. − Л.: Химия, 1979. – 176 с.
Богоявленский, Р. Г. Гидродинамика и теплообмен в высокотемпературных ядерных реакторах с шаровыми твэлами / Р. Г. Богоявленский. − М.: Атомиздат, 1978. – 112 с.
Бердичевский, В. Л. Вариационные принципы механики сплошной среды / В. Л. Бердичевский. − М.: Наука, 1983. – 482 с.
Нигматуллин, Р. И. Основы механики гетерогенных сред / Р. И. Нигматуллин. − М.: Наука, 1978. – 336 с.
Буевич, Ю. А. О переносе тепла и массы в дисперсной среде / Ю. А. Буевич, Ю. А. Корнеев // Журн. приклад. механики и техн. физики. − 1974. − № 4. − С. 79–82.
Бородуля, В. А. О каркасной проводимости зернистых систем / В. А. Бородуля, Ю. А. Буевич // Инж.-физ. журн. − 1977. − Т. 32, № 2. − С. 275–279.
Буевич, Ю. А. Фильтрация жидкости в среде со случайной пористостью / Ю. А. Буевич, А. И. Леонов // Изв. АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. − 1967. − № 6. − С. 167–171.
Буевич, Ю. А. Континуальная механика монодисперсных суспензий. Уравнения сохранения / Ю. А. Буевич, И. Н. Щелчкова. – Новосибирск: Ин-т проблем механики АН СССР, 1976. – 57 с. – (Препринт / Ин-т проблем механики АН СССP ; № 72).
Gray, W. G. On the general equations for flow in porous media and their reduction to Darcy’s law / W. G. Gray, K. O’Neill // Water Resources Research. – 1976. – Vol. 12, iss. 2. – P. 148–154.
Сегаль, М. Д. Постановка задачи расчета полей скорости, температуры и давления в гидравлическом тракте реактора / М. Д. Сегаль, Л. П. Смирнов. – М.: Ин-т атом. энергии, 1977. – 8 с. – (Препринт / Ин-т атом. энергии ; № 2924).
Смирнов, Л. П. Математическая модель расчета полей скорости, температуры и давления в гидравлическом тракте реактора с пористой энерговыделяющей средой / Л. П. Смирнов, М. Д. Сегаль. – М.: Ин-т атом. энергии, 1978. – 8 с. – (Препринт / Ин-т атом. энергии ; № 3049).
Колос, В. П. Организация безотрывного продольно-поперечного течения жидкости в кольцевом плотном слое / В. П. Колос, В. Н. Сорокин // Докл. АН БССР. − 1986. − Т. 30, № 1. − С. 51–54.
Колос, В. П. Двумерная модель безотрывного продольно-поперечного движения жидкости в кольцевом тепловыделяющем слое / В. П. Колос, В. Н. Сорокин // Изв. АН БССР. Сер. Физ.-энерг. наук. − 1986. − № 4. − С. 36–44.
Ахрамович, А. П. Продольно-поперечная фильтрация жидкости в кольцевом тепловыделяющем слое / А. П. Ахра-мович, В. П. Колос, В. Н. Сорокин // Инж.-физ. журн. − 1987. − Т. 52, № 5. − С. 756–765.
Деменок, С. Л. Визуализация течения жидкости в каналах / С. Л. Деменок, В. В. Медведев, С. М. Сивуха. − СПб.: Страта, 2014. – 134 с.
Комов, А. Т. Численное моделирование процессов гидродинамики и теплообмена в тепловыделяющей сборке с микротвэлами / А. Т. Комов, Е. В. Бочарова, Ю. Н. Токарев // Вестн. Моск. энергет. ин-та. – 2009. – № 2. – С. 43–47.
Меламед, Л. Э. FEMLAB и ANSYS в расчетах гидродинамики атомных реакторов, или Научно-практический рассказ о том, как приспособить «тяжелые» пакеты для решения задач одного тяжелого класса / Л. Э. Меламед // Exponenta Pro. – 2004. – № 2 (6). – C. 18–21.
Сморчков, Ю. В. Численное моделирование гидродинамики и теплообмена в шаровых засыпках / Ю. В. Сморчков, А. В. Дедов // Соврем. наука: исследования, идеи, результаты, технологии. – 2013. –№ 1 (12). – С. 62–67.
Схоутен, Я. А. Тензорный анализ для физиков / Я. А. Схоутен. − М.: Наука, 1965. – 456 с.
Кутателадзе, С. С. Справочник по теплопередаче / С. С. Кутателадзе, В. М. Боришанский. – М. ; Л.: Госэнергоиздат, 1959. – 414 с.
Аверкиев, М. В. Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления при течении воздуха в трубах с шаровой насадкой / М. В. Аверкиев, Е. Ф. Ратников // Хим. и нефтехим. машиностроение. − 1975. − № 10. − С. 24–25.
Чечеткин, А. В. Высокотемпературные теплоносителя / А. В. Чечеткин. − М.: Энергия, 1971. – 496 с.
Бэтчелор, Дж. Введение в динамику жидкости / Дж. Бэтчелор. − М.: Мир, 1973. – 760 с.
 
Rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие в данном журнале, соглашаются со следующим:Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договорённости, касающиеся не-эксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге), со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).