pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2019-10-1-53-60pimi-424Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИзмерение температурного и напряженно-деформированного состояний трубного образца при воздействии локальных стохастических температурных пульсацийMeasuring the Temperature and Stress-Strain States of a Tube Sample under the Local Stochastic Temperature PulsationsДмитриевС. М.DmitrievS. M.РязаповР. Р.RyazapovR. R.

Адрес для переписки: Р.Р. Рязапов – Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева, ул.Минина, 24, г. Нижний Новгород 603950, Россия.       e-mail: ryazapov.renat@gmail.com

Address for correspondence: R.R. Ryazapov – Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev, Minin str., 24, Nizhny Novgorod 603950, Russia.    e-mail: ryazapov.renat@gmail.com

 

ryazapov.renat@gmail.comМамаевА. В.MamaevA. V.СоборновА. Е.SobornovA. E.КотинА. В.KotinA. V.ЛегчановМ. А.LegchanovM. A.ЛьвовА. В.LvovA. V.Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. АлексееваРоссияR.E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical UniversityRussian FederationФедеральный научно-производственный центр АО «Научно-производственное предприятие «Полет»РоссияFederal Research and Production center Joint Stock Company «Research and Production Company «Polyot»Russian Federation2019150320191015360Copyright © Дмитриев С.М., Рязапов Р.Р., Мамаев А.В., Соборнов А.Е., Котин А.В., Легчанов М.А., Львов А.В., 20192019Дмитриев С.М., Рязапов Р.Р., Мамаев А.В., Соборнов А.Е., Котин А.В., Легчанов М.А., Львов А.В.Dmitriev S.M., Ryazapov R.R., Mamaev A.V., Sobornov A.E., Kotin A.V., Legchanov M.A., Lvov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/424

Обеспечение ресурса теплообменного оборудования водоохлаждаемых реакторных установок при случайных пульсациях температуры является важной научно-технической задачей атомной энергетики. Наиболее опасны термопульсации, вызываемые смешением потоков рабочих сред при высоких градиентах температуры. Целью работы являлось экспериментальное исследование температурного и напряженно-деформированного состояний трубного образца при воздействии локальных термопульсаций, обусловленных смешением потоков теплоносителя.

Для решения поставленных задач изготовлен тройниковый узел типа «встречный впрыск», включенный в состав теплофизического исследовательского стенда. Конструкция узла позволяет проводить исследования теплогидравлических и ресурсных характеристик трубных образцов 60 × 5 мм, изготовленных из сталей аустенитного класса. Разработаны средства измерения температурного, напряженно-деформированного состояний трубного образца и температурного поля потока теплоносителя в зоне смешения однофазных сред с различной температурой. Измерительные модели оснащены микротермопарами и тензорезисторами. В результате исследований получены массивы экспериментальных данных, содержащих реализации термопульсаций, осредненные во времени профили температуры потока и наружной поверхности трубного образца, статистические и спектрально-корреляционные характеристики термопульсаций. По результатам измерения относительных деформаций определены значения усталостных напряжений.

Разработаны устройства и методики исследования. Установлены комбинации режимных параметров, обеспечивающих термосиловое нагружение поверхности металла с наиболее высоким уровнем амплитуд переменных напряжений. Полученные данные используются для верифицирования метода оценки усталостной долговечности конструкционных материалов реакторных установок при случайных термопульсациях.

Provding a high level of durability of heat exchange equipment of water-cooled reactors under local stochastic temperature pulsations is an important scientific and technical problem for the nuclear power industry. Temperature pulsations produced by mixing non-isothermal coolant flows with high temperature gradient are most dangerous. This work is an experimental study of temperature and stress-strain state of a tube sample under local stochastic temperature pulsations caused by mixing of coolant flows.

To solve the problems posed, a Y-junction with «counter injection» was built, which was included in the thermal-hydraulic research facility. The design of the Y-junction allows study of the thermal-hydraulic characteristics and durability of tube samples made of austenitic steel of 60 × 5 мм. Some tube samples had developed for measuring the temperature, stress-strain state of tube material and temperature field of coolant flow in mixing zone of single-phase coolants with different temperatures. Measuring tube samples were equipped with micro thermocouples and strain gauges.

The experimental data of temperature pulsations, time-averaged temperature field in the coolant flow and on the outer surface of the sample were obtained, and statistical and spectral correlation characteristics of temperature pulsations were analyzed. According to results of measuring the relative strain, values of stresses were calculated.

Devices and research techniques are developed. The combination of coolant flows parameters that provide thermal load of the metal surface at the highest level of stress intensity amplitude was obtained. The study results are used to verify the method for evaluating fatigue of reactor installations materials under stochastic temperature pulsations.

температурные пульсациитермоусталостьресурстройниковый узелtemperature pulsationsthermal fatiguemetal durabilityY-junctionМинистерство образования и науки РФ (13.8823.2017/8.9).Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Grant No. 8.2297.2017/4.6)ReferencesСудаков, А.В. Ресурс энергооборудования при пульсациях температур / Судаков А.В. // Надежность и безопасность энергетики. – 2008. – Т. 1, № 2. – С. 10–18.Sudakov A.V. [Service life of power equipment at temperature pulsations]. Nadyozhnost' i bezopasnost' ehnergetiki [Reliability and safety of power industry], 2008, vol. 1, no. 2, pp. 10–18 (in Russian).Dahlberg, M. Development of a European procedure for assessment of high cycle thermal fatigue in light water reactors / M. Dahlberg [et al.] // Final Report of the NESC-Thermal Fatigue Project, EUR 22763 EN, ISSN 1018-5593, 2007.Dahlberg M., Nilsson K.F., Taylor N., Faidy C., Wilke U., Chapuliot S., Kalkhof D., Bretherton I., Church J.M., Solin J., Catalano J. Development of a European proce-dure for assessment of high cycle thermal fatigue in light water reactors. Final Report of the NESCThermal Fatigue Project, EUR 22763 EN, ISSN 1018-5593, 2007.Kuschewski, M. Experimental setup for the investigation of fluid-structure interactions in a T-junction / M. Kuschewski, R. Kulenovic, E. Laurien // Nuclear Engineering and Design. – 2013. – Vol. 264. – P. 223–230. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2013.02.024Kuschewski M., Kulenovic R., Laurien E. Experimental setup for the investigation of fluid-structure interactions in a T-junction. Nuclear Engineering and Design, 2013, vol. 264, pp. 223–230. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2013.02.024Smith, B.L., Mahaffy, J.H., Angele, K., Westin, J. Report of the OECD/NEA-Vattenfall T-junction Benchmark exercise. – 2011.Smith B.L., Mahaffy J.H., Angele K., Westin J. Report of the OECD/NEA-Vattenfall T-junction Benchmark exercise, 2011.Zboray, R. On the relevance of low side flows for thermal loads in Tjunctions / R. Zboray, H.-M. Prasser // Nuclear Engineering and Design. – 2011. – Vol. 241. – Р. 2881–2888. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2011.05.002Zboray R., Prasser H.-M. On the relevance of low side flows for thermal loads in Tjunctions. Nuclear Engineering and Design, 2011, vol. 241, pp. 2881– 2888. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2011.05.002Kickhofel, J. Turbulent penetration in T-junction branch lines with leakage flow / J. Kickhofel, V. Valori, H.-M. Prasser // Nuclear Engineering and Design. – 2014. – Vol. 276. – P. 43–53. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.05.002Kickhofel J., Valori V., Prasser H.-M. Turbulent pe-netration in T-junction branch lines with leakage fl . Nuclear Engineering and Design, 2014, vol. 276, pp. 43–53. DOI: 10.1016/j.nucengdes.2014.05.002Большухин, М.А. Термографическое исследование турбулентных пульсаций воды при неизотермическом смешении / М.А. Большухин [и др.] // Автометрия. – 2014. – № 5. – С. 75–83.Bolshukhin M.A., Znamenskaya I.A., Sveshnikov D.N., Fomichev V.M. [Thermographic research of turbulent water pulsations at non-isothermal mixing]. Avtometriya [Autometry], 2014, no. 5, pp. 75–83 (in Russian).Знаменская, И.А. Особенности спектров турбулентных пульсаций струйных затопленных течений воды / И.А. Знаменская [и др.] // Письма в журнал технической физики. – 2016. – Т. 42, № 13. – С. 51–57.Znamenskaya I.A., Koroteeva E.Yu., Novinskaya A.M., Sysoev N.N. [Features of turbulent pulsations spectra of submerged jet water fl Pis'ma v zhurnal tekhnicheskoj fi [Letters to the journal of technical physics], 2016, vol. 42, no. 13, pp. 51–57 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.