Ядерные энергетические реакторы

где а – количество ядер замедлителя, приходящихся на одно ядро урана. Уран в топливной композиции состоит из двух изотопов: урана-235

(N5) и урана-238 (N8). Следовательно, количество каждого изотопа будет зависеть от обогащения урана-238 ураном-235 (Х).

Х

N5 100 N ,

N8 N N5.

Коэффициент использования тепловых нейтронов рассчитывается по

замедлителя; σа5 – микроскопическое эффективное сечение поглощения ядер урана-235;

σа8 – микроскопическое эффективное сечение поглощения ядер урана-238; σа3, σа5, σа8 – принимаются из таблицы (Приложение 1).

Количество быстрых нейтронов деления η, приходящихся на одно поглощение теплового нейтрона ураном, находится по зависимости:

где: σf5 – микроскопическое эффективное сечение деления урана-235 принимается из табл. 4.

Определение величины θ и η ведется для трех значений обогащения урана Х. Поэтому необходимо предварительно задаться этими значениями в пределах от Х = 2 % до Х= 5 %. Три значения величины в указанном интервале студент принимает самостоятельно (например 2, 3, 5 или 2,5; 3,5; 4,5).

Таким образом, имеющиеся значения величин ε, φ, θ, η позволяют рассчитать коэффициент К∞ по формуле (4.3) для трех значений обогащений урана.

191

где: ηу – коэффициент полезного действия атомной энергетической установки, %.

– Оцениваются параметры теплоносителя.

По давлению Р1 из таблицы табл. 5 находится температура кипения теплоносителя ТI', К.

Принимается температура теплоносителя на выходе из реактора:

Температура теплоносителя на входе а активную зону находится по зависимости:

По определенной тепловой мощности реактора Qт и параметрам теплоносителя определяется расход теплоносителя

где Qт – тепловая мощность реактора, кВт;

Срт – теплоемкость теплоносителя, принимается по его средней температуре.

– Определяется сечение активной зоны для прохода теплоносителя

где: γтср, кг/м3 - плотность теплоносителя (таблица) определяется по его средней температуре.

– Выбор тепловыделяющей сборки (ТВС).

Приводится обоснование варианта ТВС, принятой для расчета. Перед выбором ТВС необходимо предварительно ознакомиться с тепловыделяющими сборками действующих реакторов. Обратить внимание на величину диаметра

193

тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ), количество ТВЭЛ в одной ТВС. Руководствоваться при этом следует имеющимися рекомендациями. В частности диаметр ТВЭЛ для реакторов ВВЭР можно принимать в интервале dТВЭЛ = (6 ÷ 10)·10-3 м, для реакторов РБМК dТВЭЛ = (12 ÷ 15)·10-3 м .

Необходимо выполнить в масштабе эскиз и разрез тепловыделяющей сборки и ТВЭЛ с соблюдением подлинных размеров. Вычислить площадь сборки fсб. Основным параметром обоснования варианта ТВС должно быть значение для прохода теплоносителя в одной ТВС → fт. Например, если сечение сборки по внутреннему размеру корпуса ТВС обозначить fсб, то сечение для прохода теплоносителя одной сборки найдется по формуле:

где: nТВЭЛ – число тепловыделяющих элементов в ТВС; dТВЭЛ – наружный диаметр ТВЭЛ.

Число тепловыделяющих сборок в активной зоне реактора определяется по формуле:

n ТВС Fт .

f т

Сечение одной ячейки Sяч., соответствующей ТВС реактора ВВЭР может быть принято по зависимости:

Sяч fсб fзам ,

где fзам – сечение замедлителя (воды), находящегося снаружи тепловыделяющейся сборки.

Обозначим длину периметра ТВС тепловыделяющейся сборки Псб, тогда сечение замедлителя найдется

fзам Псб зам ,

где: σзам – толщина замедлителя вокруг сборки, м.

194

Толщина замедлителя для реакторов ВВЭР принимается самостоятельно в интервале:

Площадь сечения активной зоны найдется по зависимости:

где коэффициент 1,15 введен с целью увеличения Sаз для размещения приборов контроля и регулирующих стержней.

Диаметр активной зоны определяется из равенства:

Высота активной зоны принимается в зависимости от диаметра

Наз 0,8 1,2 Даз .

Первая часть контрольной работы считается выполненной, так как определены размеры активной зоны Даз, Наз.

Расчет температурного режима наиболее теплонапряженного тепловыделяющего элемента

Энерговыделение в активной зоне реактора соответствует изменению нейтронного потока. Принимаем синусоидальный закон изменения тепловыделения по длине ТВЭЛ

q v qmaxv sin ПHh ,

195

Максимальный удельный тепловой поток определяется по зависимости.

qmaxh qсрh Кh ,

где Кh – коэффициент неравномерности тепловыделения по высоте активной

зоны. При расчете Кh – принять самостоятельно в интервале Кh = = 2,2 ÷ 2,5

Среднее значение удельного теплового потока, приходящегося на единицу длины ТВЭЛ зависит от мощности реактора и длины ТВЭЛ, определяется по формуле:

197

Твх – температура теплоносителя на входе в реактор, К;– эффективная добавка, обусловленная влиянием отражателя нейтронов.

где А – постоянный комплекс величин, характеризующих тепловую нагрузку,

эффективную высоту ТВЭЛ и расход теплоносителя.

Уравнение позволяет определить температуру теплоносителя в любом сечении по длине ТВЭЛ.

Температуру теплоносителя на выходе из тепловыделяющей сборки найдем по уравнению, если вместо h подставить значение Н′-

– Определение температуры оболочки ТВЭЛ со стороны теплоносителя.

Температура стенки Т'cт, со стороны теплоносителя определяется на

где r'ст – наружный периметр ТВЭЛ, м.

α – коэффициент теплоотдачи оболочки ТВЭЛ к теплоносителю, кВт/м2 К. Как следует из (4.36) определение величины В' может быть

выполнено, если известен коэффициент теплоотдачи α. Расчет коэффициента α делается по известной зависимости конвективного теплообмена. В данном случае имеет место теплоотдача стенки оболочки ТВЭЛ к однофазной среде (воде). При движении теплоносителя внутри труб рекомендуется формула:

199