Исследование процесса теплопереноса в тепловыделяющем элементе цилиндрической формы

Аннотация

Зинина С.А., Попов А.И., Брагин Д.М., Еремин А.В.

Дата поступления статьи: 13.07.2021

представленная работа посвящена исследованию температурного состояния тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ) – твёрдого тела цилиндрической формы с внутренним источником тепла постоянной мощности. Используя интегральный метод теплового баланса с введением дополнительной искомой функции, получено приближенное аналитическое решение соответствующей краевой задачи теплопроводности. Условия внешнего теплообмена на границе исследуемой области задавались согласно закону Ньютона – Рихмана (граничное условие третьего рода). При получении решения применялись тригонометрические координатные функции. Их использование позволило сократить число слагаемых в искомом решении за счет априорного выполнения граничного условия в центре ТВЭЛ. Показано, что при использовании всего трех слагаемых в аналитическом решении (первое приближение) достигается точность, достаточная для инженерных приложений. Оценка погрешности разработанного метода производилась путем сравнения полученных результатов с численным решением на основе метода конечных разностей. В статье приводятся графики распределения температуры при различных значениях мощности объемных источников тепла ТВЭЛ. Разработанный метод может быть использован для определения времени выхода системы на стационарный режим, оценки максимальной температуры ТВЭЛ при различных значениях безразмерных чисел Био и Померанцева, определения температурных напряжений.

Ключевые слова: внутренние источники теплоты, граничные условия третьего рода, дополнительная искомая функция, интеграл теплового баланса, тепловыделяющий элемент, приближенное аналитическое решение, численное решение, задача теплопроводности, число Био, число Померанцев

.