Здесь индекс in указывает на то, что свойства берутся при температуре воды, f – при температуре пара, w – при температуре стенки, x – указывает на значения параметров в сечении, отстоящем от начала пучка на расстоянии х.

1.5. Теплообмен в пучках стержней

Пучок твэлов обычно содержит дистанционирующие элементы (решетки, навитую проволоку, ребра и т. п.), которые могут разрушать пристенный «запирающий» слой, препятствующий переносу тепла при СКД от стенки к центру потока. При правильном конструировании они могут исключить ухудшение теплообмена, наблюдаемое в круглых трубах при СКД. Этому же будет способствовать межканальное перемешивание потока между отдельными ячейками пучка, что подтверждается результатами – (Silin et al., 1993).

При докритических давлениях воды коэффициент теплообмена в пучке гладких стержней в треугольной упаковке с шагом s/d описывается зависимостью (Bishop et al., 1964):

Диапазон использования формулы: s/d = 1,1 ÷ 1,8; Re = 5 103 ÷ 5 105; Pr = 0,7 ÷ 20. Для более тесных пучков стержней s/d < 1,1 необходим учет параметра теплового подобия твэлов - εк, рассчитанного по основной гармонике k = 6 (подробнее см. (Bishop

et al., 1964, Жуков и др., 1980).

В этом случае

Формулы (6) и (7) получены при обтекании пучка водой при докритических параметрах, хотя диапазон чисел Pr довольно значителен.

Согласно обработке данных единственного эксперимента на пучке из 7-и стержней с витыми ребрами при Р=24,5 МПа, опубликованных Дядякиным Б.Д. и Поповым А.С. (1977), коэффициенты теплообмена подчиняются зависимости:

2. ПОКАНАЛЬНЫЙ МЕТОД ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ

Поканальная программа МИФ-СКД является модифицированной версией кода МИФ, разработанного ранее в ГНЦ РФ ФЭИ (см. например в (Методические указания, 1988). В свое время программа МИФ (межканальный обмен и формоизменение) предназначалась для теплогидравлического расчета формоизмененных ТВС с жидкометаллическим теплоносителем.

133

теплогидравлики ТВС, охлаждаемых водяным теплоносителем, в гомогенном приближении.

Следующим шагом развития программы МИФ явилась модификация программы применительно к сверхкритическим параметрам, учитывающая особенности теплообмена, изложенные выше. Новая версия МИФ-СКД позволяет рассчитать температуру теплоносителя в любом сечении по высоте в каждой ячейке ТВС, температуру оболочки твэлов, распределение температуры чехла ТВС, учитывая при этом переменность свойств теплоносителя по длине ТВС, переменность скорости теплоносителя, неравномерность энерговыделения по длине и в поперечном сечении ТВС, наличие дистанционирующих устройств и другие факторы.

Закритическое давление снимает некоторые проблемы теплоотвода из реактора, присущие докритическому. В частности, при закритическом давлении отсутствует область совместного существования паровой и жидкой фазы – во всем используемом интервале вода представляется одной фазой, что позволяет проводить расчеты в гомогенном приближении.

Программа построена по блочному принципу, каждая подпрограмма позволяет решать отдельные подзадачи.

На рисунке 2 представлена блок схема программы МИФ-СКД. Теплогидравлический расчет включает ряд этапов. Прежде всего, производится

считывание файла тепловыделения. Программа МИФ-СКД позволяет задавать любые профили энерговыделения по высоте. В частности, в работе (Баранаев и др., 2004) был предложен вариант "слоеного" по высоте реактора для того, чтобы избежать положительного пустотного эффекта реактивности (Рис. 3). Для выравнивания энерговыделения по высоте и радиусу активной зоны предлагалось профилирование загрузки топлива (Рис. 4 и 5).

На следующем этапе рассчитывается геометрия сборки и производится формирование расчетной сетки.

Табличное задание энерговыделения позволило учесть неравномерность поля энерговыделения по высоте ТВС.

При входной температуре рассчитываются свойства теплоносителя (плотность, энтальпия, коэффициент теплопроводности, коэффициент кинематической вязкости и т.д.) в соответствии с «Системой уравнений IAPWS-IF97 для вычисления термодинамических свойств воды и водяного пара в промышленных расчетах 1997 года» (Александров, 1998), определяющей зависимость свойств от температуры. Затем, с учетом коэффициента сопротивления трения, определяется значение скорости теплоносителя на входе в ТВС.

Подобным образом рассчитываются свойства, скорость, температура теплоносителя и температура оболочки твэла на следующем шаге по продольной координате. Далее производится сравнение значений температур оболочек твэл со значениями, рассчитанными на предыдущем шаге. Если расхождения в значениях не превышают установленную погрешность, то расчет продолжается, в противном случае расчет производится заново.

135