Измерение температурного и напряженно-деформированного состояний трубного образца при воздействии локальных стохастических температурных пульсаций

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.

1. Судаков, А.В. Ресурс энергооборудования при пульсациях температур / Судаков А.В. // Надежность и безопасность энергетики. – 2008. – Т. 1, № 2. – С. 10–18.

2. 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.

3. 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.2013.02.024

4. Smith, B.L., Mahaffy, J.H., Angele, K., Westin, J. Report of the OECD/NEA-Vattenfall T-junction Benchmark exercise. – 2011.

5. 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.2011.05.002

6. Kickhofel, 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.2014.05.002

7. Большухин, М.А. Термографическое исследование турбулентных пульсаций воды при неизотермическом смешении / М.А. Большухин [и др.] // Автометрия. – 2014. – № 5. – С. 75–83.

8. 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.