яд

КГЭУ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КГЭУ «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВО «КГЭУ») Кафедра ТЭС

Казань 2021г.

ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РЕАКТОРА ВВЭР-1000

Основные характеристики реактора и исходные данные

1. Энергетические характеристики
Тепловая мощность реактора Qт, МВт	2987
Расход теплоносителя через активную зону Gт, кг/с	16000
Температура теплоносителя на входе в активную зону tвх, оС	287
Температура теплоносителя на выходе из активной зоны tвых, оС	321
Давление теплоносителя Pт, МПа	16,02
Коэффициент неравномерности энерговыделения по высоте активной зоны kz	1,51
Коэффициент неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны kr	1,37
2. Размеры активной зоны реактора
Радиус Rаз, м	1,56
Высота Hаз, м	3,55
Эффективная добавка δэфф, м	0,104
3. Характеристики тепловыделяющей сборки (ТВС)
Форма кассеты	Шестигранная
Форма тепловыделяющего элемента (твэла)	Стержневая
Конструкционный материал кассеты и твэла	Сплав на основе циркония
Число кассет в активной зоне, шт.	151
Шаг расположения кассет hк, м	0,241
Размер кассеты под ключ a, м	0,238
Толщина стенки кассеты δст, м	0,0015
Количество твэлов в кассете, шт.	317
Размеры твэла, м	0,0091х0,00065
Размеры центральной трубки (1 шт. в кассете), м	0,0103х0,00065
Размеры каналов стержней регулирования (12 шт. в кассете) и канала датчика энерговыделения (1 шт. в кассете), м	0,0126х0,00085

1. Определение характеристик реактора

1.1. Объем активной зоны реактора

1.2. Удельное объемное энерговыделение

1.3. Площадь сечения кассеты

1.4. Площадь сечения стенки кассеты

1.5. Площадь сечения всех твэлов в кассете

где – наружный диаметр оболочки твэла.

1.6. Площадь сечения центральной трубки кассеты

где – диаметр центральной трубки.

1.7. Площадь сечения канала датчика энерговыделения и всех каналов стержней регулирования в кассете

где – диаметр каналов.

1.8. Площадь сечения воды в кассете

1.9. Площадь сечения межкассетной воды в активной зоне

1.10. Скорость теплоносителя в активной зоне

где – средняя плотность теплоносителя (воды) в активной зоне, определяемая по давлению и средней температуре

1.11. Эффективная высота активной зоны

1.12. Эффективный радиус активной зоны

2. Распределение температуры теплоносителя по высоте самого энергонапряжённого канала

Расчет проводится для 5 значений высоты Если принять за начало отсчета центр активной зоны, где то в остальных 4 точках (вход в активную зону), (выход из активной зоны).

Температура теплоносителя по высоте самого энергонапряженного канала

В этой формуле:

– средняя теплоемкость теплоносителя в активной зоне, определяемая по

– расход теплоносителя через самый энергонапряженный канал (с учетом профилирования расхода по радиусу);

– линейный тепловой поток в центре самого энергонапряженного канала.

Следовательно,

=293

=304

=317

=321

Результаты расчета приведены на рис. 1. Расчетная температура теплоносителя в точке несколько отличается (в пределах 1%) от значения . Это объясняется тем, что усреднение теплоемкости по высоте активной зоны вносит некоторую погрешность в получаемые расчетные данные.

Рис. 1. Распределение температуры теплоносителя по высоте самого энергонапряженного канала

3. Определение температуры наружной поверхности оболочки ТВЭЛа

Для теплоносителя находим при давлении и средней температуре в активной зоне табличные значения теплопроводности динамической вязкости и числа Прандтля . Тогда кинематическая вязкость

Эквивалентный диаметр твэла

Коэффициент теплоотдачи от оболочки твэла к теплоносителю

Температурный перепад между наружной поверхностью твэла и теплоносителем в центре самого энергонапряженного канала

Здесь:

– коэффициент, учитывающий то, что выделение теплоты происходит не только в твэле, но и вне твэлов;

– тепловой периметр твэла.

Температура наружной поверхности оболочки твэла по высоте

Результаты расчета величины приведены на рис. 2.

Найдем координату точки с максимальной температурой оболочки твэла

где

В этой точке

=296

=318

=339,4

=341,95

=340,7

=324

Рис. 2. Распределение температуры наружной поверхности оболочки твэла по высоте самого энергонапряженного канала

При расчете величины возможна погрешность в результатах, вызванная погрешностью в расчете величины в соответствующих точках (см. последний абзац в п. 2).

Таким образом, меньше максимально допустимой температуры для циркониевой оболочки, равной примерно

4. Определение температуры сердечника ТВЭЛа

Температурный перепад в оболочке твэла в центре самого энергонапряжённого канала

где – теплопроводность циркония, определяемая по рис. 3 при температуре ; при этом мы учитываем то, что толщина оболочки твэла весьма мала; и – внешний и внутренний диаметр оболочки твэла соответственно.

Температурный перепад в топливном сердечнике в центре самого энергонапряженного канала

где – теплопроводность двуокиси урана UO₂, определяемая по рис. 4 методом последовательных приближений, т.к. нужная температура сердечника заранее неизвестна.

Рис. 4. Теплопроводность UO₂ при различных температурах 1

Обозначим

; = 1139,5

Тогда температура сердечника твэла по высоте

Здесь величину в точке нужно принять равной

Результаты расчета величины приведены на рис. 5.

Найдем координату точки с максимальной температурой топливного сердечника

Тогда

=372

=1138

=1443,6

=1152

=403

Рис. 5. Распределение температуры сердечника твэла по высоте самого энергонапряженного канала

ЛИТЕРАТУРА

1. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы. М.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Нигматуллин И.Н., Нигматуллин Б.И. Ядерные энергетические установки. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Краткий электронный конспект лекций по курсу “Тепловые и атомные электрические станции” (подготовлен кафедрой ТЭС КГЭУ в 2002 году; выдается студентам на свои дискеты в отделе автоматизации информационно-библиотечного обслуживания библиотеки КГЭУ).

4. Теплогидравлический расчет активной зоны ВВЭР (электронная версия, подготовленная кафедрой ТЭС КГЭУ в 2002 году; выдается студентам на свои дискеты в отделе автоматизации информационно-библиотечного обслуживания библиотеки КГЭУ).