Termohydraulický návrh jaderných zařízení 3

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderných reaktorů

Anotace:

Předmět uvádí studenty do problematiky termohydraulických výpočtů. Postupně se v něm seznámí s jednotlivými oblastmi základů sdílením tepla. Jsou probírány všechny základní druhy přenosu tepla (kondukce, konvekce a radiace) se zaměřením na oblasti oboru potřebné pro výpočty jaderných reaktorů i ostatních zařízení jaderné elektrárny.

Požadavky:

THNJ1, THNJ2

Osnova přednášek:

1. Úvod do sdílení tepla

Rozsah: 1 přednáška

Základní druhy sdílení tepla (kondukce, konvekce a radiace) a jejich stručná charakteristika a principy, příklady aplikace v jaderných zařízeních, kombinace jednotlivých způsobů, aplikace zákona zachování energie na kontrolních plochách.

2. Kondukce

Rozsah: 5 přednášek

Principy kondukce, Fourierův zákon, součinitel tepelné vodivosti (zejména u materiálů používaných v jaderných zařízeních, UO2), odvození Fourierovy diferenciální rovnice vedení tepla a její hraniční podmínky, řešení Fourierovy diferenciální rovnice vedení tepla pro základní případy teplotních polí a geometrií: stacionární vedení tepla rovinnou deskou a válcovou stěnou bez vnitřních zdrojů i s vnitřními zdroji při použití různých hraničních podmínek, 1D vedení tepla žebry a výpočty s účinností žebra, základy výpočtu 2D vedení tepla (rovinná deska, válcová stěna s proměnnými hraničními podmínkami, ...), výpočet 1D nestacionárního vedení tepla.

3. Konvekce

Rozsah: 5 přednášek

Principy sdílení tepla konvekcí, Newtonův vztah a součinitel přestupu tepla, teorie podobnosti a oblast jejího použití, důležitá podobnostní čísla a jejich odvození, určující veličiny, nucená vnější jednofázová konvekce: podélné obtékání rovinné stěny (laminární, turbulentní mezní vrstva, vliv a vývoj mezní vrstvy), příčné obtékání trubky kruhového průřezu (laminární, přechodové, turbulentní, vývoj součinitele přestupu tepla po obvodu trubky), sdílení tepla na trubkovém svazku; přirozená konvekce na tělesech ve velkém prostoru (vertikální i horizontální rovinné stěny, nucená konvekce při vnitřním proudění: problematika středních teplot, náběhová délka, plně vyvinuté proudění, laminární, přechodové a turbulentní proudění; přirozená konvekce ve štěrbinách; dvoufázová konvekce: kondenzace (teorie, blánová a kapková kondenzace, výpočet součinitele přestupu tepla na trubkách i svislých stěnách), var (teorie, var bublinkový a blánový, krize varu 1. druhu, krize varu 2. druhu, výpočet součinitele přestupu tepla na trubkách i svislých stěnách).

4. Základy sdílení tepla radiací

Rozsah: 1 přednáška

Princip sdílení tepla radiací, definice veličin (vyzařování, absorptance, emisivita, ?) a pojmů (černé těleso, ?), základní zákony (Kirchhoffův, Planckův, Wienův, Stefan-Boltzmnaův, ?), radiace mezi rovnoběžnými deskami, radiace obecných těles, radiace plynů.

Osnova cvičení:

Vybrané probírané kapitoly jsou demonstrovány na praktických jednoduchých příkladech, které s pomocí vyučujícího studenti samostatně řeší. Výpočet v kapitolách: prostup tepla stěnou, žebra, teplotní pole v desce s vnitřními zdroji při nesymetrických hraničních podmínkách 3. a 4. druhu, vnější konvekce (přirozená i nucená), vnitřní konvekce, var, sdílení tepla radiací.

Cíle studia:

Znalosti: Studenti získají základní znalosti z oblasti sdílení tepla, uplatnitelné zejména při řešení termohydrauliky primárního okruhu a aktivní zóny jaderných reaktorů. Získané obecné vědomosti jim rovněž usnadní vstup do podrobnějších konstrukčních návrhů i dalších zařízení jaderných elektráren, jako např. tepelné výměníky, kompenzátor objemu, apod., a pomohou objasnit jejich provozní charakteristiky.

Schopnosti: Studenti získají orientaci v dané problematice a budou schopni základních konstrukčních výpočtů. Získané znalosti uplatní v další části předmětu THNJ4 a všech navazujících předmětech zabývajících se tepelnou a hydraulickou problematikou nebo konstrukcí jednotlivých zařízení na elektrárnách i chování a řízení jaderné elektrárny jako celku.

Studijní materiály:

Hejzlar, R.: Sdílení tepla, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1999

Ražnjevič, K.: Termodynamické tabulky, Alfa, Bratislava, 1984

Mareš R., Šifner O., Kadrnožka J.: Tabulky vlastností vody a vodní páry podle průmyslové formulace IAPWS-IF97, VUTIUM , 1999, ISBN 80-214-1316-6

Heřmanský, B.: Termomechanika jaderných reaktorů, Academia, Praha, 1986

Sazima, M., a kol.: Sdílení tepla, SNTL, Praha, 1993

Incropera, F. P., DeWitt D. P.: Introduction to Heat Transfer, John Willey & Sons, New York, 1996, ISBN 0-471-30458-1

Tong, L.S., Weisman, J.: Thermal Analysis of Pressurized Water Reactors, American Nuclear Society, Illinois USA, 1996, ISBN: 0-89448-038-3

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: