Ядерные энергетические реакторы

Из формулы (66) следует, что максимальная температура поверхности оболочки со стороны теплоносителя зависит от абсолютного значения температуры теплоносителя на входе tвх, теплофизических свойств теплоносителя (величины А), тепловой нагрузки ТВЭЛ, коэффициента теплоотдачи и геометрических характеристик ТВЭЛ (величина В´). Значение координаты h´о

На рис. 28 кривой 2 представлено изменение температуры стенки оболочки со стороны теплоносителя в соответствии с уравнением (67). Абсолютная величина t´cт max должна находиться в допустимых пределах для рассматриваемых теплоносителей и материалов оболочки. Например, при водном теплоносителе определяющей величиной чаще всего является температура кипения воды ts при давлении в первом контуре.

Необходимость исключения пристеночного кипения в этом случае требует, чтобы температура стенки была не выше, чем ts+5 oC. Значит должно соблюдаться условие tст max ≤ ts+5.

Зависимость для температуры поверхности оболочки ТВЭЛ со стороны

где

141

На рис. 28 изменение температуры оболочки по зависимости (69) показано

для тонких оболочек составляет небольшую величину, однако при больших тепловых потоках и малой теплопроводности материала оболочки эта разность может достигать нескольких десятков градусов.

Значение максимальной температуры оболочки со стороны топлива должно быть ниже допустимой температуры, которая обусловливается термической стойкостью материала оболочки, совместимостью материала оболочки с топливом и другими факторами.

Значения наибольшей температуры топлива находим по зависимости:

где

Определив предварительно значения постоянных А, В´, В и D, можно рассчитать величину наибольшей температуры топлива в любом участке ТВЭЛ в зависимости от h. Исследование уравнения (72) показывает, что максимальная из наибольших температур устанавливается в сечении, находящемся во второй половине (по движению теплоносителя) длины ТВЭЛ. Обозначим расстояние от этого сечения до начала координат hот. Взяв производную уравнения (72), и приравняв ее к нулю, найдем

142

максимальной температуры топлива в ТВЭЛ

Проверка на пристеночное кипение

При охлаждении реакторов водой необходимо производить проверку на пристеночное кипение и запас по критической тепловой нагрузке.

Пристеночным кипением называют такой процесс, когда у стенки, охлаждаемой недогретой до температуры кипения жидкостью, происходит парообразование, а образовавшиеся пузырьки пара, попадая в недогретое ядро воды, конденсируются. Подобное явление возможно, когда температура стенки выше температуры кипения воды при рассматриваемом давлении. Таким образом, наличие запаса до кипения в ядре потока не всегда исключает парообразование на поверхности ТВЭЛ. Поэтому тепловой режим реактора приходится оценивать не только по недогреву теплоносителя на выходе из реактора, но и по недогреву до пристеночного кипения.

Если запас на пристеночное кипение обозначить насыщения t´ то допустимая температура стенки будет равна

tстдоп t tпк .

Значение tпк обычно принимается в пределах 3÷10° С. Очевидно, что с целью получения в реакторе большего теплосъема, значение tпк нужно принимать по возможности наименьшим или же допускать даже некоторые превышения температуры стенки над температурой насыщения.

Однако в этом случае появляется опасность снижения надежности отвода тепла, так как возможные отклонения и в режимных параметрах, и в конструктивных характеристиках ТВЭЛ от их оптимальных значений при наличии пристеночного кипения могут с большей вероятностью вызвать перегрев ТВЭЛ. Основным опасением при наличии пристеночного кипения является возможное нарушение условий охлаждения стенки ввиду влияния паровой фазы на гидродинамику потока теплоносителя. В данном случае ясно проявляется противоречие двух тенденций: с одной стороны, необходимо получить

143

200...2600°С. К лимитирующим факторам относятся также запас до кризиса теплоотдачи, допустимая скорость теплоносителя и т.п.

В связи со сложностью, взаимосвязанностью физических, теплофизических, гидродинамических процессов их математические модели громоздки и исследуются численно на ЭВМ.

9.2 Расчет основных геометрических характеристик канала и активной зоны

К числу основных геометрических характеристик активной зоны реактора типа РБМК относятся объем и диаметр активной зоны.Площадь одной ячейки активной зоны реактора типа РБМК определяют как:

147

В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

канале; d2 - наружный диаметр оболочки твэла, м; dц - диаметр центральной трубки ТВС, м.

9.2.1 Определение координаты точки закипания

Определение координаты точки закипания, как и весь теплогидравлический расчет, выполняется для одного канала: со средней тепловой нагрузкой. При выполнении расчета канал расчленяется на участки длиной ДЖ. Длина участка, как правило, принимается равной расстоянию между дистанционирующими решетками - рисунок1.3. Расчетный сечениям присваиваются числовые значения координаты2.При этом при расчете реактора РБМК в отличие от изложенного ранее для реактора ВВЭР в качестве координаты Z=0 принимают сечение на входе в канал. Вычислительный процесс по определении координаты точки закипания носит итерационный характер. Схема алгоритма этой процедуры изображена на рисунке 1.4.

При определении координаты точки закипания и в последующих расчетах необходимо располагать рядом характеристик теплофизических свойств теплоносителя. Для определения теплофизических свойств теплоносителя в технологическом канале предварительно принимают величину перепада давления в немДР= 0,2......0,4 МПа. По известным давлениям на входе и выходе (Рвых = Рвх_- ДР) определяются соответствующие этим давлениям теплофизические характеристики воды и пара на линии насыщения. В дальнейшем расчет ведется по среднеарифметическим (между входом и выходом) величинам:

−давление среды p , МПа;

−энтальпия воды и пара на линии насыщения i и i , кДж/кг;

148

1 - зазор между верхней и нижней ТВС; 2 - дистанционирующие решетки

Рис. 32. Схема расположения пучков ТВС в канале реактора РБМК

9.2.2 Определение теплофизических свойств воды

Для выполнения дальнейших расчетов необходимо также располагать теплофизическими свойствами воды на участке подогрева до температуры насыщения:

−на входе в участок определяет энтальпию и плотность воды как функцию температуры и давления на входе

iВХ f ( ВХ ; РВХ ) ; ВХ f ( ВХ ; PВХ ) ;

− средние значения температуры, давления и плотности воды:

T 0.5( BX S )

p 0.5(PBX PВЫХ )

0.5( ВХ )

−изобарная теплоемкость и коэффициент динамической вязкости:

СР f ( T ; p )f ( T ; p )

Определенные таким образом теплофизические свойства принимаются в первом приближения идентичными для канала средней тепловой нагрузкой.

149