Параметры РУ в номинальном режиме работы

Расход протечек через ВЭ (максимально-теплонапряженной ТВС) варьировался: 0, 5, 10, 15 и 20% от общего расхода теплоносителя через ТВС.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Методика предусматривает возможность расчета одноконтурной РУ ВВЭР СКД при комплектации активной зоны ТВС различной мощности.

Расчетная схема РУ и внутрикорпусного тракта рассматриваемого однозаходного варианта одноконтурной РУ ВВЭР СКД представлена на рисунке 2. Рассматривается РУ - от входа во входной патрубок до выхода из выходного патрубка. Активная зона рассматривается как совокупность ряда групп параллельно включенных каналов (с установленными в них ТВС с индивидуальным тепловыделением), имеющих общую

раздаточную и сборную камеры теплоносителя. ТВС объединяются в группу с близкими: мощностью ТВС, величиной неравномерности энерговыделения по твэл и по высоте греющей части.

При разработке математической модели использовались следующие основные положения:

•РУ рассматривается как гидравлическая сеть с одномерным течением теплоносителя в пределах каждого участка и теплообменом от твэлов к теплоносителю на участках активной зоны.

•РУ разбивается на участки – входной (от входа во входные патрубки РУ до входа в активную зону, активную зону и выходной участок (от выхода из активной зоны до выхода из выходных патрубков РУ).

•активная зона разбивается на каналы (с ТВС) с теплообменом от твэлов к теплоносителю и на каналы протечек.

•перепады давления на параллельных каналах активной зоны (точки 3’ – 5 рисунка 2) и других параллельных каналах (каналы СУЗ, теплоизолированные трубы,…), имеющих общие входную (раздаточную) и выходную (сборную) камеры, равны между собой;

•расчет параметров теплоносителя в кассете (пучках твэл) ведется по участкам по ходу потока теплоносителя. В пределах участка разбиения величина энерговыделения усредняется.

Теплогидравлический расчет сводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений, в основу которых положены законы гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Система уравнений, описывающая искомые параметры, включает в себя следующие балансы:

•перепадов давления на элементах контура циркуляции РУ и РУ в целом;

•расходов теплоносителя через реактор и каналы в реакторе;

•тепловой мощности, выделяемой в кассетах активной зоны и передаваемой теплоносителю в РУ.

146

Путевые КГС определяются как сумма приведенных к соответствующему сечению местных КГС и КГС трения на рассмотренных участках.

Система уравнений решается численно-итерационным методом.

КГС канала определяется как сумма приведенных к соответствующему сечению местных КГС и КГС трения [1]:

КГС трения при закритических параметрах теплоносителя определяется по соотношению [2]:

где Н – длина участка, на котором вычисляется КГС трения, м Неподобие пучка стержней и трубы учитывается путем введения коэффициента:

где a, b – эмпирические коэффициенты, зависящие от относительного шага расположения стержней в треугольной решетке и диаметра твэла.

Для 1,5 < S/dтв <10, Re > 2·104

ξo = 1,05·S/dтв

Коэффициент теплоотдачи при докритических параметрах однофазного теплоносителя рассчитывается по формуле:

Для критических и закритических параметров имеется множество корреляций различных авторов, но на основании анализа материалов многочисленных исследований (проанализированы более 10 корреляций) выбрана корреляция Кириллова. Корреляция Кириллова предназначена для расчета коэффициента теплоотдачи как в области нормального, так и в области ухудшенного теплообмена для труб. Корреляция Кириллова хорошо (расхождение в области максимальных температур оболочки - не более 10 %) согласуется с корреляцией Дядякина (которая также может быть рекомендована для расчета КТО), предназначенной для расчета пучков стержней. Подавляющее большинство остальных рассмотренных корреляций рассчитывают коэффициент теплоотдачи только в области нормального теплообмена и для труб, из этих корреляций некоторые были отброшены сразу, т.к. полученные по ним кривые КТО находились в значительном отрыве от основного массива кривых по КТО, полученные по другим корреляциям, либо имели значительную (более 20%) погрешность расчета КТО.

Коэффициент теплоотдачи вычисляется по корреляции Кириллова следующим

148

где k = (1− ρw / ρf )Gr / Re2 , Ссрр = (iw-if)/(tw-tf) – среднеинтегральная теплоемкость

теплоносителя в интервале (tw-tf), Дж/(кг оС);

При нагреве теплоносителя в пучке твэл составляющие формулы (9) вычисляются

где tm – псевдокритическая температура при заданном давлении (соответствует максимуму теплоемкости), оС.

При охлаждении (теплоносителя омывающего ВЭ) составляющие формулы (9) вычисляются следующим образом:

Ψ(k)=1

m = 0,3 – 0,8 в зависимости от значения давления (при давлении 24,5 МПа m = 0,4); n = 0,7-1 в зависимости от значения давления (при давлении 24,5 МПа n = 0,75).

Область применения корреляции Кириллова - Re = 2·104 – 5·105; Р/Рк = 1,01 – 1,33;

Tf/ Tm<1,2; q = 2,3·104 – 2,6·106.

Среднеквадратичное отклонение для формулы Кириллова составляет 10%. Тогда погрешность определения α равна 20% (с доверительной вероятностью 95%).

ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАСЧЕТА

Результаты расчета температуры оболочки показали, что:

•целесообразно обеспечить равномерное распределение и стабильность расхода теплоносителя в ТВС, например, путем введения дросселирования на входе в ТВС и ВЭ и введением в конструкцию ТВС чехла. При равномерном распределении расхода теплоносителя через ТВС значительно уменьшается максимальная температура оболочки твэл и топлива. Для уменьшения температуры оболочки твэл целесообразно уменьшить протечки в ВЭ (путем их дросселирования) до 2-3 % (при протечках ниже указанных значений в ВЭ будет наблюдаться квазифазовый переход). Целесообразно уменьшить и другие возможные протечки мимо пучков твэл.

•результаты расчета существенным образом зависят от заданных нейтроннофизических характеристик (НФХ). Целесообразно уменьшить неравномерность энерговыделения по ТВС в активной зоне до Kq=1,2. При этом K0 должен быть не более 3-4. Это может быть достигнуто профилированием обогащения, применением выгорающих поглотителей, оптимизацией режимов перегрузки и т.п. В дальнейшем целесообразен реалистический связанный нейтронно-физический и теплогидравлический расчет с получением энерговыделения в ТВС,

согласующегося с изменением «усредненной по сечению ТВС» плотности теплоносителя в ТВС.

Снижение температуры оболочки твэла может быть достигнуто путем увеличения теплообменной поверхности и повышения скорости теплоносителя в активной зоне (уменьшение диаметра твэл и увеличение их количества).

149

Перспективно рассмотрение реакторной установки с одной турбиной К-800-240 с тепловой мощностью - 1900 МВт. Значение указанной мощности согласуется со значениями мощности РУ, принятыми в зарубежных концепциях. Снижение мощности позволит увеличить кампанию реактора и снизить тепловую нагрузку твэлов. Вместе с тем, и в этом случае вопросы по снижению неравномерности энерговыделения в активной зоне остаются крайне важными.

На основании результатов расчета можно сделать вывод, что целесообразна и перспективна дальнейшая проработка рассмотренного варианта РУ.

Список литературы

1.И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Москва. Машиностроение. 1975.

2.П.Л. Кириллов, Ю.С. Юрьев, В.П. Бобков. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). Энергоатомиздат. 1990.

150