Приложение III пример расчета графитового энергетического реактора с водяным охлаждением

Предположим, что для реактора выбрана конструкция ячейки, изображенная на рис. 1. Выпишем исходные данные.

1. Замедлитель - графит плотностью 1,65 г/см³.

Размер кирпича в поперечном сечении 1818 см; а' = 18, см.

Шаг ячейки (с учетом зазора между кирпичами) а = 18,1 см.

Диаметр цилиндрического отверстия в кирпиче d' = 7,2 см.

Наружный диаметр втулки, объединяющей семь тепловыделяющих элементов, d" = 7,0 см.

Диаметр отверстий во втулке d'"=1,64 см.

2. Теплоноситель - вода под давлением, р = 110 ата.

Температура на входе = 200⁰С.

Температура на выходе = 290°С.

3. Тепловыделяющие элементы - трубчатые с внутренним охлаждением. Размеры (см. рис. 9а):

= 0,4 см, = 0,45 см, = 0,75 см.

Для простоты считаем, что , т.е. контактный слой отсутствует.

Толщина наружного покрытия = 0,02 см. Материал центральной трубки и оболочек - сталь 1Х18Н9Т. Канал составляется из семи тепловыделяющих элементов, т.е. n = 7.

4. Ядерное горючее - обогащенный уран. Требуемое обогащение урана обычно определяется при расчете нескольких пробных вариантов. Для примера зададим х = 2%. Считаем также для простоты, что уран нелегирован и имеет естественную плотность  = 18,9 г/см³.

5. Общие характеристики реактора. Мощность N = 50000 квт. Реактор цилиндрический. Отражатели с боков и торцов графитовые. Толщина отражателей h =70 см. В верхнем отражателе проходят неактивные части каналов, т.е. отражатель содержит большое количество стали.

Тепловой расчет

На основе соображений, изложенных в разд.1, выбираем

Гкал/(м²ч).

Далее находим

см²;

см;

см².

Вычисляем - максимальную энергетическую нагрузку объема активной зоны но формуле (1):

квт/см³.

Задавшись = 2, находим среднюю энергетическую нагрузку:

квт/см³.

Оцениваем размеры активной зоны, приняв =1,2:

см³.

По формуле (4) определяем диаметр активной зоны, принимая :

см,

следовательно, и см.

Рассчитывая скорость теплоносителя, предположим, что вода подается в канал по трем трубкам (назовем их входными) и возвращается из канала по четырем другим (выходным), так как в реакторах рассматриваемого типа подвод и отвод теплоносителя удобно делать с одной стороны. Очевидно, наибольшая скорость будет во входных трубках, ее и следует найти. Поскольку в них выделяется только ³/₇ общего количества тепла, то принимаем

Рис. 10 Схема поперечного разреза активной зоны графитового гетерогенного реактора:     - рабочие ячейки;  - ячейки регулирующих стержней.

При заданных температурах и давлении =1,09 ккал/(кгград), следовательно,

ккал/кг.

На входе = 0,870 г/см³. Зададим ориентировочно . По формуле (9) находим

м/сек.

Скорость оказалась довольно высокой, однако будем считать, что она допустима. Найдем теперь общее число ячеек в активной зоне реактора и определим ее уточненный эквивалентный диаметр.

Пусть реактор имеет форму, изображенную на рис. 10. Его активная зона состоит из 156 ячеек, из которых 28 ячеек предназначаются для регулирующих стержней. По формуле (10) вычисляем эквивалентный диаметр активной зоны:

см.

Высоту активной зоны округлим до 250 с.м. Изменение величин и в результате этого будет небольшим, и пересчет их пока нецелесообразен.

Для последующего физического расчета принимаем размеры активной зоны:

D = 255 см; H = 250 см.