книги из ГПНТБ / Лабинский Ю.В. Корабельные ядерные реакторы учеб. пособие
.pdfееченни канала., определяемо* координатой £т^ (коор дината точки закипания). 5 дальнейшее при движении теплоносителя в канале идет процесс кипения без повыше ния температуры.
Координата точки закипания ножет быть найдена из
следущих условий. Количество, тепла, |
воспринимаемого |
|
на зкояонайзернон участке канала, равно |
|
|
= |
■ |
<П5) |
*Количество теила, воспринимаеиого на испарительион участке, определяется по формуле
Qucn =£»('<■ с ') > |
(Ііб ) |
|
где 3 ) * - количество пара, |
генерируемого |
в канале, |
к г /ч . Количество |
тепла, восиряпмаеного |
|
на экоиоиайзерном участке, иохет быть опре |
||
делено такие из |
соотнонения |
|
Совместное решение уравнений (ІІ5 ) и (ІІ7 ) оярѳдѳляѳі нолехвние координаты точки закипания теплоносителя.
В кипящей ядернои реакторе на тепловик нейтронах генерация тепла иохет быть принята пропорциональней потоку тепловых нейтронов в данной точке активной зо ны. Наличие кипения в активной зоне приводит к измене ние пористости замедлителя. Поэтечг те<яив закон изме нения тепловнделе&ия по высоте канала монет быть уста новлен только в результате выполнения ряда последова-
100
гедышх, деталивх фЕОюсв-нейтрошгах н тепловых расче тов реактора.
Ввиду того что предельнее значение паресодерханжа ограничивается величиной 20$?, при выполнении предзекмзяого расчета реактора захон изменения потока тепловых нейтронов по оси и радиусу реактора иногда принимается таким хе, как и в некнпяцем реакторе [ і ] . Отклонен» действительного распределения потока тепловых нейтронов от принятого в атом случае нохят быть учтено путей вве дения в расчетные формулы соответствуй !! коэффициентов запаса.
Координата сеченая канала, в которой начинается ки нем е воды, в этой случае может быть найдена из выраже ния
Количество тепла Q |
, входянѳе |
в ( І І 8 ) , |
легко на |
ходится из условия |
|
|
|
= |
( L ~c* .g) |
■ |
(II9 ) |
Так как температура теплоносителя на эконокайзерном участке непрерывно пѳвниаѳтся, то при условии, что
Q3K< &ис п і ках это обычно имеет место в кнпяцнх ре
акторах, максимальные температуры оболочки и ядерного горючего на этом участке будут иметь место в точке за
кипания, т .ѳ . |
|
_ |
|
( О |
" - <Ч Q“ßcH £ ‘ « о % я |
; |
|
|
2 |
«ЧАт) |
(Х20) |
|
|
|
|
ІОІ
На испарительном участке температура теплоносктеля не
■эженяѳтся к равна теняературе насыщения |
t $ . |
При косинусоидальном законе изменения |
тепловыделе |
ний по высоте реактора перепад температур между оболоч кой и теплоносителем на этом участке будет также ме няться но закону космнуса, м температура теплоносите
ля на испарительном участке при |
03ң < Qucn опреде |
лится формулой |
|
|
|
|
|
0,15 |
(122) |
где |
П |
- |
периметр |
ІВЭЛ в сборке \ |
|
|
рт |
- |
давление |
теплоносителя в канале, хг/см^. |
|
|
Зависимость (122) |
получена в предположении, |
что |
||
коэффициент теплоотдачи на испарительном участке опре деляется по формуле [ I ]
^ucn Зрт |
0,15- 0,7 |
(123) |
* |
Значение максимальной температуры ядерного горюче го на испарительном участке, может быть определено по
102
Перейден далее к расчету объемного паросодержания. На нспарнтѳльнон участке канала ждет процесс парообра зованія. Количество пара, гѳнеркруемого на этом участ
ке до сечення канала с координатой z , равно
г
|
|
|
а и сп |
|
|
(125) |
|
|
|
|
|
----- > |
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
О 2 |
к х |
Q K |
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
' |
(126) |
|
и сп |
2sC” ( ß J z ) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Как известно, |
расходное |
паросодерхаяие |
ß |
опреде |
|||
ляется формулой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
oD' |
|
|
|
|
|
ß |
- |
н 7f~ |
,,I_ It |
|
(127) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Так как |
зависит от координаты |
сечення |
канала, то |
||||
и коэффициент |
ß |
будет меняться по высоте канала. |
|||||
Если в |
(127) |
подставить |
значение |
<Z>n |
из |
(125), |
|
то получим значение объемного паросодерхания как функ
цию координаты з |
: |
|
|
|
|
|
||
а |
- |
1 |
|
|
ИЛИ |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
£ _ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кJ |
|
|
|
|
|
|
г |
где |
- текучая |
кратность |
циркуляции для сечения |
|||||
|
|
канала |
с координатой |
z |
. |
|||
|
Доля |
сечения |
канала |
f |
, |
занятая паром, зависит |
||
от |
относительной |
скорости |
пара. |
|
|
|||
|
Для |
вертикальных труб |
существует |
зависимость мекду |
||||
103
долей сечення |
f |
|
, занятой |
парой, |
в |
сбъеывнн расход |
||||||
ным паросодержаниеи, |
которая |
для |
ß |
« 0 - 0 , 9 имеет |
||||||||
вид |
[і] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
- |
c |
ß . |
|
|
(128) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наиболее простую зависююсть для определения коэф |
|||||||||||
фициента предлоххл Арманд: |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
c = { o , m + o , o s e 9 f ) , |
(129) |
|||||||
где |
р |
- давление |
теплоносителя, |
кн/н^. |
||||||||
|
Для |
определѳння постоянной с |
могут вепольэоватяся |
|||||||||
более точнне я |
в |
то хе |
вреяя |
более |
сложнее ферѵувн. |
|||||||
|
С учетом (128) к (129) доля сечення канала, занятая |
|||||||||||
паром, |
определится внраженяем |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
f |
г |
0,Ш*0,05і$р |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
~тя |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
(K'-Vj!+1 |
|
|
OS0) |
||||
|
Среднее я&росодерханяе по каналу монет быть найде |
|||||||||||
но нутеж янтегрярованяя |
f |
|
|
по дднхе испарительного |
||||||||
участка: |
|
|
|
>и |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
, |
L |
f |
ä . |
|
|
|
||
|
|
|
|
(J = |
|
-Т-Ъ___________ . |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ІЗ І) |
|
Среднее значение |
f |
|
монет бяті |
определено по |
|||||||
зпюрѳ паросодержания |
|
f “ |
. й&з&ВЕая |
эпюра строятся |
||||||||
для |
следующих зхачеииХ |
г |
і |
|
|
|
|
|||||
т о *
2) в |
- |
Oj |
<f |
определяется |
по формуле (ІЗО), в |
|||
которой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 г |
Gr *in( ß J j ) |
|
||
|
|
|
|
Q«si” ( ß c eT.3) |
(132) |
|||
3) для |
|
н |
* |
|
|
|
|
|
3 ~~2 |
У опРе^бляется по той хе формуле |
|||||||
(76) прж значении |
к3 - к |
, где |
ң |
- кратность цирку |
||||
ляции теплоносителя |
в реакторе. |
|
|
|
||||
Среднее объемное паросодѳрхание для активной зоны |
||||||||
lfa |
должно рассчитываться |
с учетом наличия неки |
||||||
пящего водяного |
замедлителя вне |
рабочего |
канала: |
|||||
|
|
(133) |
?■* |
- |
сечение рабочего канала, занятое водой) |
где |
||
.яг. |
- |
сечение ячейки, занятое водой. |
При проверке условия отсутствия кризиса кипения в кипящем реакторе величина критической теилевей нагруз
ки ножет рассчитнваться по формулам (79), |
(81). При ив- |
|
пользовав« |
этих формул величина расходного ларесодер |
|
жания х |
должна приниматься равней ~ |
> |
|
*2 |
уменьпается |
Критическая тепловая нагрузка ^ |
||
но длине канала, достигая кинжального значения |
на вы |
||||
ходе из |
кагала, х .е . ярн |
г = |
.Н а выходе |
из |
канала |
- к |
Тепловая нагну » а |
0 * |
довимтае? |
своего |
|
|
|
7 л -* |
|
|
|
105
максимального |
значения |
в сечении канала с координатой |
|
г = 0. Кризис |
кипения |
будет отсутствовать при условии |
|
о 2 ^ n Z |
для любого сечения канала. |
||
І к р |
y t i z |
|
|
§ 15. Тепловой расчет ядерного реактора на стадии эскизного проектирования
После выполнения предэскизного теплового расчета производится физико-нейтронный расчет реактора. В про цессе этого расчета уточняется распределение потока ней тронов по высоте и радиусу реактора с учетом наличия в активной зоне компенсирующих устройств и других погло тителей, а также с учетом неравномерного выгорания ядерного горючего. При работе ядерного реактора в про цессе кампании ядерное горючее выгорает неравномерно по объему реактора. Распределение потока нейтронов в реакторе при его работе не остается неизменным, а не прерывно изменяется. Поэтому тепловой расчет реактора должен производиться с учетом изменения распределения энерговыделения по объему активной зоны. Для этого в
процессе физико-нейтронного расчета реактора определяет ся пространственное (по радиусу и высоте) распределение энерговыделения на ряд долевых от продолжительности кам пании моментов времени. По серии кривых У’ = Ф(х) и
ф -4?f ( z ) строится огибающая, которая определяет
максимальные значения энерговыделений в рабочих каналах. Эта кривая и берется за основу расчета.
Для выполнения теплового расчета на стадии эскизно го проектирования необходимо разбить рабочие каналы ак
тивной зоны в радиальном направлении на группы |
(зоны), |
в каждой из которых мощности отдельных каналов |
одинако |
106
вы. Это разбіеніе производится і соответствии с кривой распределения потока нейтронов по радіусу реактора.
Количество зон зав ісіт от форіы кривой изменения нейтронного потока. Иного зон принимать не следует,так как в этой случае услохняется распределение расходов теплоносителя по зонам. Обычно принимается от трех до
пяти зон.Тепловая нагрузка рабочего канала в L-й зоне будет определяться выражением
с - |
Ъ 0? ™ ; , |
“ |
ö 3 , ) |
где °р(-г ). - относительное значение потока нейтронов в і -й зоне $
^- доля тепла, выделявшаяся в канале;
Qp - тепловая мощность реактора}
- число рабочих каналов в і -й зове.
Бкачестве относительного значения потека нейтронов
ві -й зоне принимает поток нейтронов, соответствующий среднему радиусу зоны. В этом случав длс рабочих каналов, расположенных на других радиусах зоны, тепло вая мощность будет либо несколько занижаться, либо за вышаться .
Кривая распределения потока нейтронов по радиусу реактора строится в относительных единицах, значение потока нейтронов на оси реактора обычно принимается рав ным единице. Тогда знаменатель в (134) будет представ лять собой суммарный относительный потов нейтронов для
реактора в целом, а отноиеннѳ |
2 Y z ){- - |
сред |
него доле тепла, выделяющегося |
в одном канале I -й |
зо- |
НН* |
|
|
107
Обычно для полученія примерно одинаковой температу ры на выходе ив каналов всех зон расход теплоносителя по каналам зон распределяется пропорционально полной тепловой мощности каздой зоны. Расходы по каналам внут ри зоны распределяется равномерно. Для этой цели кана лы иайбуются. На входе в канал устанавливается дроссель
ное устройство в виде шайбы. |
|
|
||
Полный расход |
теплоносителя |
через |
все каналы / -й |
|
зоны в |
этом случае |
будет |
|
|
|
|
|
|
(135) |
где G |
- расход |
теплоносителя |
через |
реактор. Расход |
|
через |
один канал L |
- й зоны составит |
|
|
|
п • |
|
(136) |
При этом средние температуры теплоносителя на выходе из всех зон будут одинаковыми. Температуры теплоносите
ля на выходе из отдельных каналов будут несколько отлич ными.
Обычно кривая распределения нейтронного потока по высоте реактора значительно отличается от косинусои дального распределения, особенно в начале кампании,ког да компенсирующие решетки находятся в активной зоне ре актора. Наличие искаженного нейтронного потока по высо те реактора усложняет тепловой расчет. Последний прово дится по участкам. Для этого активная высота канала разбивается на 10 - 12 участков. Непрерывная кривая распределения потока нейтронов по высоте капала 9-Y-?)
108
заменяется ступенчатой, |
со значениями |
¥ * = const* рав |
||
ным* средним |
значениям |
ЯР(г) на данном участке J- . |
||
Значение |
еніальпии |
теплоносителя в |
сечении канала |
|
с координатой |
г |
находится по формуле |
|
|
о. £ < Р ( ‘ )
Л- 0
|
|
V ~ |
|
6 |
, ' l P |
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(137) |
||||
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
Не теплосодержанка теплоносителя 1 ( г ) |
и его |
давле- |
||||||||
инв |
р т «входится температура |
теплоносителя |
t T ( г ) . |
|||||||
Тешература |
оболочки на |
J |
-м участке |
канала может |
||||||
быть определена формулами: |
|
|
|
|
|
|||||
- |
на участке |
без |
кипения |
|
|
|
|
|||
|
|
J |
_ |
, і |
|
Ь |
. |
|
|
(138) |
|
|
*о5 ~ |
Тт + |
, j |
’ |
|
|
|||
- |
на участке |
с поверхностным и объемным кипением |
||||||||
|
|
t" с |
= |
t f |
|
J. |
|
|
(И 9 ) |
|
|
|
и о 6 . К И П |
5 |
|
, é |
|
|
|||
где сі |
r J |
- |
коэффициенты теплоотдачи на участ |
|||||||
|
|
|
|
ке |
соответственно при отсутствии |
|||||
|
|
|
|
и наличии объемного кипения. |
||||||
Удельный |
тепловой поток |
^ |
для |
J |
-го участка ка |
|||||
нала находится ие фоѵщщ |
|
|
|
|
|
|||||
QK * 4
9j
(140)
109