Добавил:
okley
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс) / 83_Сборник статей по проекту ВВЭР СКД
.pdf
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
800
1000
120
0
ρ
w
, кг/(м
2
с)
K
r
= 1,2
K
r
= 1,0
K
r
= 0,7
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
80
0
T
,
o
C
K
r
= 1,2
K
r
= 1,0
K
r
= 0,7
в)
Рис. 14. Изменение во времени массовой скорости теплоносителя на входе в
каналы (слева) и температуры теплоносителя на выходе из каналов (справа)
для различных КГС на входе в каналы:
a – вариант 1 с ζ
1
; б – вариант 2 с ζ
2
; в – вариант 3 с ζ
3
(ζ
1
> ζ
2
> ζ
3
)
Из рис. 14 видно, что для рассмотренного граничного условия с уменьшением КГС
на входе в канал возмущения теплогидравлических параметров в канале затухают
медленнее. При этом важным параметром является место расположение квазифазового
перехода, что демонстрируется на рис. 15, на котором приведено сравнение результатов
расчетов для канала с K
r
= 1,0 и с КГС соответствующему второму варианту (рис. 14 б)
при равномерном профиле энеровыделения и при профиле энеровыделения с пиком
внизу.
Анализ влияния на результаты расчетов шага интегрирования по времени и
количества контрольных объемов, на которые разбивается канал, показал, что
уменьшение шага интегрирования в два раза практически не влияет на результаты
расчета, а увеличение в четыре раза количества контрольных объемов слабо влияет на
частоту возникающих колебаний, но заметно влияет на амплитуду. Амплитуда
колебаний уменьшилась на 30% для массовой скорости теплоносителя и 40% для
температуры теплоносителя.
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
800
1000
1200
ρ
w
, кг/(м
2
с)
Равномерный профиль
Профиль с пиком внизу
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
80
0
T
,
o
C
Равномерный профиль
Профиль с пиком внизу
Рис. 15. Изменение во времени массовой скорости теплоносителя на входе в канал (слева) и
температуры теплоносителя на выходе из канала (справа) для различных профилей
энерговыделения по высоте канала (для канала с K
r
= 1,0)
Представленные выше результаты расчетов выполнены для изолированных друг от
друга каналов. При учете теплогидравлической связи между элементарными каналами
возникает направленное течение теплоносителя между каналами и турбулентное
перемешивание. При этом параметры между подканалами выравниваются, и течение
становится более устойчивым (см. рис. 16). Приведенные на рис. 16 результаты
соответствуют варианту расчета с ζ
2
(см. рис. 14 б). Методика расчета поперечных
157
потоков теплоносителя представлена в [1]. Значения коэффициентов турбулентного
перемешивания рассчитывалось по методике, приведенной в [5].
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
800
1000
1200
ρ
w
, кг/(м
2
с)
K
r
= 1,2
K
r
= 1,0
K
r
= 0,7
0 5 10 15 20 25
t
, с
200
400
600
80
0
T
,
o
C
K
r
= 1,2
K
r
= 1,0
K
r
= 0,7
Рис. 16. Изменение во времени массовой скорости теплоносителя на входе в каналы (слева)
и температуры теплоносителя на выходе из каналов (справа) при наличии поперечных
связей между каналами (вариант 2)
Из представленного расчетного анализа можно сделать следующие общие выводы.
При исследовании устойчивости течения теплоносителя в активной зоне ВВЭР СКД
необходимо более точно моделировать ГУ на входе в активную зону, возможно, с
учетом моделирования опускного участка входной камеры реактора и системы подачи
питательной воды.
Наличие периодических колебаний теплотехнических параметров в активной зоне
требует проведения анализа устойчивости течения теплоносителя в условиях
периодических изменений ГУ на входе и на выходе из активной зоны (например, за
счет пульсаций расхода питательной воды и расхода пара на турбину).
Перемешивание теплоносителя между элементарными каналами и между ТВС
повышает устойчивость активной зоны к возмущению теплотехнических параметров.
Необходимо отметить, что кроме рассмотренных в данной работе вопросов
устойчивости течения теплоносителя существуют еще механизмы гидронейтронной
неустойчивости РУ, для исследования которой необходимо подключение к
теплогидравлической программе модуля расчета нейтронной физики. Применительно к
кипящим реакторам этот вопрос рассмотрен в [6, 7]. Данный опыт исследований
целесообразно использовать при обосновании ВВЭР СКД.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана программа ТЕМПА-СК, предназначенная для исследования
нестационарных процессов тепломассопереноса ТВС реактора ВВЭР СКД, в том числе
при наличии значительных локальных неоднородностей. Разработана модель ТВС
реактора ВВЭР СКД. Проведены первые тестовые расчеты и выполнен
предварительный анализ устойчивости течения теплоносителя в активной зоне ВВЭР
СКД. Показано, что изменение шага интегрирования по времени и количества
контрольных объемов в расчетной области не оказывают значительного влияние на
результаты расчетов по программе ТЕМПА-СК.
В дальнейшем планируется работа по модернизации программы ТЕМПА-СК (в
частности в области расчета теплофизических свойств теплоносителя), ее
тестированию и последующей верификации.
158
Условные обозначения
A
– коэффициент;
p
c
– средняя удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·К);
c
p
– удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/( кг·К);
d
г
– гидравлический диаметр канала, м;
g
– ускорение свободного падения, м/с
2
;
Gr – критерий Грасгофа;
h
– удельная энтальпия теплоносителя, Дж/кг;
K
r
– коэффициент неравномерности в мощности твэлов активной зоны;
K
z
– коэффициент неравномерности энерговыделений по высоте активной зоны;
k
– критерий, учитывающий роль естественной конвекции;
m
– показатель степени;
n
– показатель степени;
Nu – критерий Нуссельта;
Nu
0
– критерий Нуссельта, рассчитанный по среднемассовым параметрам;
Pr – критерий Прандтля;
Re – критерий Рейнольдса;
s
– шаг расположения твэлов в ТВС, м;
T
– температура теплоносителя, °C, К;
t
– время, с;
w
– скорость теплоносителя, м/с;
z
– высота от низа активной зоны, м;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/( кг·К);
ζ – коэффициент гидравлического сопротивления;
λ – теплопроводность теплоносителя, Вт/(м·К);
μ – динамическая вязкость теплоносителя, Па·с;
ν – кинематическая вязкость теплоносителя, м
2
/с;
ρ – плотность теплоносителя, кг/м
3
;
φ(k) – коэффициент.
Индексы
ж – параметры теплоносителя при средней температуре потока;
пкр – псевдокритическая;
ст – параметры теплоносителя при температуре омываемой поверхности.
Список литературы
1. Чуркин А.Н. Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в
пучках тепловыделяющих стержней: Автореферат. диссертации на соискание
ученой степени кандидата технических наук. ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС».
Подольск. 2006.
2. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и
водяного пара: Справочник. М.: Издательство МЭИ. 1999.
3. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим
расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парагенераторы). М:
Энергоатомиздат. 1990.
4. Морозов И.И., Герлига В.А. Устойчивость кипящих реакторов. М.: Атомиздат.
1969.
5. Sadatomy M., Kawahara A., Sato Y. Prediction of the single-phase turbulent mixing
rate between two parallel subchannels using a subchannel geometry factor // Nuclear
Engineering and Design. 1996. V. 162. P. 245 – 256.
159
6. Экспериментальное исследование устойчивости корпусного кипящего реактора
ВК-50 / В.А. Афанасьев, Б.В. Кебадзе, Г.И. Санковский и др. // Атомная энергия.
1968. Т. 24. Вып. 4. С. 363 – 367.
7. Идентификация динамических характеристик кодов RELAP5 и КОРСАР на
частоте основного резонансного рабочего режима корпусного кипящего реактора
ВК-50 / И.И. Семидоцкий, В.М. Махин, В.А. Жителев, С.Н. Антонов // Вопросы
атомной науки и техники. Сер. Физика ядерных реакторов. 2007. Вып.1. С.98 –
103.
160
161
РАСЧЕТ ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЯ В ПРЯМОТОЧНОЙ СХЕМЕ АЭС С
РЕАКТОРОМ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
В.М.Абдулкадыров, Г.П. Богословская
Обнинский Технический Университет Атомной Энергетики, г. Обнинск
ВВЕДЕНИЕ
Строительство АЭС отличается высокой долей капитальных затрат, причем ~70% от
стоимости оборудования энергоблоков составляет оборудование паропроизводящей
установки. При сложной тепловой схеме и низких параметрах теплоносителя КПД в
современных АЭС с водоохлаждаемыми реакторами составляет ~ 33 ÷ 35%, в то время как
на современных тепловых электростанциях КПД приближается к 50%.
Стремление улучшить экономические показатели АЭС привело к использованию
ядерного перегрева пара, внедрение которого на 1 и 2 блоках БАЭС при параметрах пара ~
10 МПа и Т ≈ 540°С привело к увеличению КПД до 37 – 38 %. Для дальнейшего
повышения этих показателей предлагалось использовать в качестве теплоносителя воду
при сверхкритических параметрах (СКП) [1].
В настоящее время ведутся разработки концепций реакторов на воде
сверхкритических параметров SCWR (Super Critical Water Reactor) с тепловым и быстрым
спектром нейтронов. В публикациях (Transactions ANS) и конференциях (GLOBAL,
ICONE-13), проводимых в 2004 и 2005 годах, отмечается, что над этими концепциями
работают 24 организации в 12 странах и эти реакторы рассматриваются как магистральная
линия развития водоохлаждаемых реакторов.
В течение следующих 15-ти лет планируется построить демонстрационную
установку, а коммерческое развертывание ЯЭУ с СКД предполагается к 2030 году. При
оценке стоимости предполагается, что демонстрационная установка будет стоить ~ 1000
$/кВт, а коммерческие установки существенно ниже этой суммы.
В ГНЦ РФ-ФЭИ (г. Обнинск) выполнены предпроектные проработки вариантов
одноконтурной реакторной установки с быстрым или быстро-резонансным спектром
нейтронов с водяным теплоносителем СКД и МОХ топливом на основе оружейного
плутония. В рамках этой работы проводились оценочные расчеты принципиальной
тепловой схемы реакторной установки. Некоторые результаты были опубликованы [2].
Цель настоящей работы – провести сравнительные расчеты мощности и поверхности
сепаратора-пароперегревателя в схемах одноконтурного ВВЭР СКД, предлагаемых в
отечественной и зарубежной литературе. В частности ставились следующие задачи:
1. Повторить расчет принципиальной тепловой схемы, проведенный в ГНЦ РФ ФЭИ
В.В.Долговым.
2. Провести сравнительный расчет мощности и поверхности сепаратора-
пароперегревателя в отечественной и зарубежных схемах одноконтурного ВВЭР СКД.
3. Провести сравнение различных схем для последующего выявления направлений
оптимизации конструкции пароперегревателя.
1. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА СХЕМЫ АЭС С РЕАКТОРОМ СКД
(НА ОСНОВЕ РАБОТЫ [5])
Система промежуточной сепарации и перегрева пара предназначена для обеспечения
допустимой влажности пара в конце процесса расширения в турбине, чем обеспечивается
надежность работы лопаток последних ступеней ЦНД.
Кроме того, применение сепарации и перегрева пара повышает внутренний
относительный КПД турбины.
В процессе расширения пара в турбинах насыщенного пара, если не принимать
никаких мер по удалению влаги, влажность в последних ступенях настолько велика, что
η
oi
(внутренний относительный КПД) оказывается существенно ниже, чем при работе
перегретым паром, а эрозия лопаток при этом становится недопустимо большой.
В турбинах АЭС с ВВЭР применяют промежуточную сепарацию влаги из пара,
промежуточный перегрев пара либо сепарацию с последующим перегревом
отсепарированного пара. Промежуточная сепарация влаги разделяется на внешнюю (когда
удаление влаги происходит в сепараторах, установленных вне турбины), и
внутриканальную сепарацию влаги в проточной части турбины.
Внешняя сепарация влаги связана с выводом из турбины всего потока пара в
специальные устройства-сепараторы и последующим возвращением его в турбину.
Наиболее просто это можно осуществить в местах деления турбины на части. Вместе с
тем, наибольший эффект от внешней сепарации получается при определенных параметрах
пара. Давление, при котором происходит сепарация или сепарация и промежуточный
перегрев пара, называется разделительным. Оно существенно влияет на показатели
экономичности турбоустановки и параметры сепаратора.
Рис. 1. H-S диаграмма для тепловой схемы (на основе работы [5])
Для промежуточного перегрева пара используется свежий пар, чем и определяется
максимальная температура перегрева (на 15-40
0
С).
Перегрев свежим паром снижает термический КПД цикла. Положительное влияние
такого перегрева пара сказывается только на существенном понижении потерь от
влажности в последующих ступенях, повышение внутреннего относительного КПД и
надежности турбины. Паровой перегрев используют в том случае, когда путем сепарации
нельзя достигнуть допустимого уровня влажности пара в конце расширения.
162
Перегрев пара производится в пароперегревателе СПП, который представляет собой
поверхностный теплообменный аппарат. Греющим паром пароперегревателя является
свежий пар, поступающий из главного парового коллектора через регулирующий клапан
СПП. [3].
На Рис. 1 представлена Н-S диаграмма для тепловой схемы, разработанной в работе
[5], сама тепловая схема изображена на Рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная тепловая схема энергоблока ВВЭР-СКД с закритическими параметрами
рабочего тела.
1 – реактор, 2 – турбина, 3 – сепаратор, 4 – промежуточный перегреватель отборным паром,
5 – промежуточный перегреватель острым паром, 6 – конденсатор, 7 – конденсатные насосы,
8 – насосы отборного конденсата, 9 – регенеративные подогреватели низкого давления, 10 –
деаэратор, 11 – питательные насосы, 12 – подогреватели высокого давления.
2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ ПАРА И ВОДЫ В ЭЛЕМЕНТАХ ТЕПЛОВОЙ
СХЕМЫ (РИС.2)
На основании уравнений материального баланса:
ПП-1.
D
ПП1
i
2
163
i
с
цсдПП
ППцсд
ППдрППcППцсд
DD
DD
iiDiiD
1186.0
)11482895(98.0)27842987(
)()(
1
1
1.211
=
−=−
−
=
−
η
D
цвд
i
ПП1
i
др.ПП1
164
ПП-2.
цсд
цсд
цсдцсд
цсд
ППППвыхвых
DDD
DD
DDD
DDD
iiD
iiDDDDiiD
0231.00631.0
))10282821()10281150)(1186.0
02424.00003.00875.0
0224.00878.0(98,0)819951(
))'(
)'')((()(
03
3
0
00
633
672112760
−=
−+−+
++−+
+−=−
−+
i
пп1
D
цвд
i
ПП2
D
ПП2
i
0
i
др.ПП2
цсдПП
ППцсд
ППдрППППППцсд
DD
DD
iiDiiD
2424.0
)13103187(98.0)29873433(
)()(
2
2
2.0212
=
−=−
−η=−
ПВД-8.
i
вх_р
D
1
i
1
D
ПП2
i
др.ПП2
D
ПП2
+D
1
i’
8
D
0
i
вых7
цсд
цсд
ППдрППвыхрвх
DDD
D
DD
iiDiiDiiD
0003.00875.0
))13121310(2424.0
)13122980((98,0)10871230(
))'()'(()(
01
10
82.2
8
117_0
−=
−+
+−=−
−+−η=−
ПВД-7.
цсд
цсдцсд
ППдрППвыхвых
DDD
DDD
DD
iiD
iiDiiDiiD
0224.00878.0
))11501312(
)2424.0()11501148(1186.0
)11502895((98,0)9511087(
))''(
)'()'(()(
02
1
20
7827
71.1
7
22670
−=
−×
×++−+
+−=−
−+
+−+−η=−
D
2
i
2
D
ПП1
i
др.ПП1
i
вых7
D
1
+D
ПП2
i’
8
i’
7
D
0
i’
вых6
ПВД-6.
−
=
η
+
++
−
+
i
вых6
D
3
i
3
D
cум
i’
7
i’
6
D
0
i
вых5
ПВД-5.
цсд
цсд
цсдцсдцсд
цсд
ППППДвых
DDD
D
DD
DDDD
DDD
iiDii
DDDDDiiD
0281.00533.0
))8612738(
)8611150()0231.00631.0
1186.002424.00003.00875.0
0224.00878.0(98,0)682819(
))'()''(
)(()(
04
4
0
0
00
54456
2112350
−=
−+
+−×−++
++−+
+−=−
−+−×
×
+
++
+
η
=
−
i
вых5
D
4
i
4
D
cум
i’
6
i’
5
D
0
i
д
Сепаратор
пара после сепаратора x
2
=0.99, до x
1
=0.95, тогда Влажность
цсдцсдцсдс
DDD
x
xx
95.099.0
12
−
−
D '04.0'
99.0
'
2
===
В то же время
cцсдцсд
DDD
+
='
,
тогда
)(04.0
cцсдc
DDD
+
=
и
еаэратор.
Уравнение теплового
цсдc
DD 0421.0=
Д
165
баланса деаэратора:
[
]
цндцсд
цсд
цсдцсдцсд
цсдцсдцсдцнд
цсдППППцнд
ссППППвыхцнд
DDDD
D
DDDDDD
DDDDDDD
DDDDDDDDDD
iDiDDDDDDiDiDiD
2197.01045.01713.0
]7950421.0
861)0281.00533.00231.00631.00224.00878.0
0003.00875.02424.01186.0(5902685[98.0711
]7950421.0861)(5902685[98.0711
')(
05
000
050
43212150
54321213550
−−=
+
+−+−+−+
+−++++⋅=⋅
++++++++⋅=
д
'
+
+
+
+
+
+
++η=
Рассмотрим материальный баланс деаэратора
D
0
i’
д
D
сум
i‘
5
D
i
D
5
i
5
D
c
i
c
50
05
00
0050
43212150
3292.07083.0
3292.07083.0
0421.00281.00533.00231.00631.00224.0
0878.00003.00875.02424.01186.00421.0
DDDD
DDDD
DDDDDDD
DDDDDDDD
DDDDDDDDDD
цсдцнд
цндцсд
цндцсдцсдцсдцсд
цсдцсдцсдцсд
цндППППс
−−=
−−=
++−+−+−
−+−++++=
+
+
−
+
++++=
Подставим D
цнд
в уравнение теплового баланса
цсд
DDD
D
цсд
DD
цсд
DDD
0413.0
0
0201.0
5
)
5
3292.0
0
7083.0(2197.01045.0
0
1713.0
5
−=
−
−
−−=
Тогда D
15
:
цсдцнд
цсдцнд
DDD
DDDD
2879.06882.0
3292.07083.0
0
50
−=
−
−=
ПНД-3.
цсд
цсд
выхвыхцнд
DDD
D
DD
iiDiiD
0185.00443.0
))5463240((98,0
)420590)(2879.06882.0(
))'(()(
06
6
0
35623
−=
−=
=−−
−η=
−
i
вых3
D
цнд
i
вых2
D
5
i
5
i’
3
ПНД-2.
i
вых2
D
7
i
7
D
6
i’
3
i’
2
D
цнд
i
вых1
цсд
цсд
цсд
выхвыхцнд
DDD
DDD
DD
iiDiiDiiD
0212.0042.0
))335546)(0185.00443.0()3352900((98,0
)252420)(2879.06882.0(
))''()'(()(
07
07
0
23627712
−=
−−+−=
=−−
−+
−
η
=
−
ПНД-1.
D
8
i
8
i
вых1
166
D
7
+D
6
i’
2
i’
1
D
цнд
i
к
Соседние файлы в папке Курсовой проект 5 кафедра (спецы 4 курс)