Ядерные энергетические реакторы

Добавил:

nuclear234567 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Техникум 103

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Ргде іВХ и

- энтальпия воды соответственно на входе в канал и на линии

насыщения при давлении на входе, кДж/кг;

- термодинамическая производная

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

28.03.2019

Размер:

10.01 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 2715 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

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

находится из условия

ст max

H S

arcctg

GтСт

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 пределахБдля 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 п

истеночного

кипения в этом случае требует,

C. Значит должно

чтобы температура стенки была не

выше,

чем ts+5

соблюдаться условие tст max ≤ ts+5.

Зависимость для

емпера уры п верхности оболочки ТВЭЛ со стороны

топлива будет

(67)

ст tcт Вsin

max

dст

где

2 ст

ln dст .

(68)

После подстановки t´ст получаем



tст tвх А cos

	cos	h			h .	(69)
H	cos		B	B sin	H
H		H			H

141

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

кривой 3.

Максимальная

температура

оболочки

со

стороны

горючего

устанавливается в сечении с координатой

которая находится в результате

решения уравнения (69) на максимум (полагая

ст

0 );

arcctg

(70)

B B

tвх А(cos

cos

(71)

tст max

) B B sin

Увеличение температуры стенки со стороны топливаНпо сравнению с t

ст

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 темпе ату ы оболочкийсо стороны топлива должно

быть ниже

допустимой

температу ы, кото ая обусловливается термической

стойкостью

материала

об л чки,

оболочки

с вместимостью материала

топливом и другими фак орами.

Значения наибольшей емпера уры топлива находим по зависимости:

t т t

вх

cos

B D sin

(72)

А cos

где

D qmax

rст2

qmax

1 .

4 т

Опр д лив 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

h o

H

	arctg
к

B B A

 

(73)

Подставив значение

h o

в уравнение (76), получим формулу для

максимальной температуры топлива в ТВЭЛ

									(74)
				cos	ho		B D sin	hо .
t t max tвх	A cos		H		H	B		H	У

Проверка на пристеночное кипение

При охлаждении реакторов водой необходимо производить проверку на
пристеночное кипение и запас по критической тепловой нагрузкеТ.
Пристеночным кипением называют такой процесс, когда у стенки,
охлаждаемой недогретой	до	температуры кипения жидкостью,							происходит
							Н

парообразование, а образовавшиеся пузырьки пара,Бпопадая в недогретое ядро воды, конденсируются. Подобное явление возможно, когда температура стенки выше температуры кипения воды при рассматриваемом давлении. Таким

образом, наличие запаса

до

кипен я в

ядре потока не

всегда

исключает

парообразование на поверхности ТВЭЛ. Поэтому тепловой режим реактора

приходится оценивать не

по недогиеву теплоносителя на выходе из

реактора, но и по недогреву до пристен чного кипения.

Если

запас

на

обозначить

tПК, а температуру

ен чн е кипение

насыщения t´ то допуст мая емпература стенки будет равна

лько

прис

tстдоп t tпк .

(75)

Значение зt к бычно принимается в пределах 3÷10° С. Очевидно, что с

целью

в реакторе большего теплосъема, значение

tпк нужно

олучения

принимать

о возможности наименьшим или же допускать даже некоторые

пр выш ния температуры стенки над температурой насыщения.

Однако в этом случае появляется опасность снижения надежности отвода

как

возможные

отклонения

в режимных

параметрах, и в

тепла, так

Рконструктивных 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

наибольший теплосъем и повысить КПД установки, что возможно при уменьшении величины ТПК, с другой – обеспечить наибольшую надежность, что достигается увеличением tпк .

Теплогидравлический расчет ВТГР с шаровыми ТВЭЛами

Исходя из заданной электрической мощности Qэлек определятся тепловая

мощность активной зоны Qтепл	= Qэлек/η , где КПД ВТГР η принимается из
интервала 40–50%.	У

Исходя из средней литровой мощности qv равной 6–10 кВт/л для старых
	Т
проектов ВТГР или 4,5–6 кВт/л для новых, определяем объем активной зоны VАЗ

= πD2H/4 = Qтепл/qv, где D – диаметр, H – высота для цилиндрической активной
	Н
зоны. Для снижения утечки нейтронов следует выбирать H = 0,9–1,1 D.
Тепловая мощность одного шара составит qш = Qтепл/N, где N – число шаров
Б
в зоне, N = 3(1 – ε)D2H/2dш3, пористость засыпки ε = 0,4, диаметр шара – dш,
соответственно плотность теплового потока с поверхности q = qш/πD2.
й

В зависимости от назначения реактора, может применяться схема с однократным или многократным прохождением шара через активную зону. Распределение энерговыделения qш(z) по длине z будет описываться

выражениями:

qш (z)

qш0cos( z / H ),

(–H

2z H ) для многократного,

q (z)

e(– az) , a / H

5 – 6, ), (0 z H )

для однократного прохождений.

ш0

Соответственно для средней

сечению температуры теплоносителя будет

T (z)

Твх Qтепл (sin( z / H ) 1)) / 2ср

W для многократного,

T (z)

Твх Qтепл (1 – e

(– az)

(– aH )

) / ср W ;

)по/ ( (1 – e

а в горячей струе, krт= 1,2–1,3 коэффициент неравномерности по радиусу:

Tмакс (z)

Твх

krQтепл (sin( z / H ) 1)) / 2ср W для многократного,

T (z) Т

W .

вх

k Q (1 – e(– az) ) / ( 1 – e(– aH ) )с

макс

r тепл

Тем ература T0

в центре наиболее теплонапряженного топливного

сердечника ТВЭЛао(шара), будет

T T

(z) k

q(z)[1/ d

2 (1/ d

– 1/ d

) / 2 1/ 4 d

макс

c c

–диаметр сердечника, λо, λc – коэффициенты теплопроводности

оболочки,

сердечника;

–

коэффициент

теплоотдачи

шара,

где

Nu (2

1,1Re0,6 Pr0,3 ) f ,

Re Wd

/ ,

фактор

неизотермичности

0,55

,Tш – T q(z) / .

f (T / Tш )

Величина T0 не должна превышать 1700 ºС для гарантии целостности топливного ядра из диоксида урана.

Скорость W (среднюю, в пересчете на свободное сечение активной зоны) гелиевого теплоносителя следует ограничивать величиной 30 м/с по

144

соображениям снижения гидродинамических нагрузок на элементы активной зоны. Абсолютное давление брать из диапазона 5–8 МПа. Тогда по балансу πD2

ср W Твх – Твых

Qтепл

и c учетом ограничений на мощность газодувки (ρW∆P) и

температуру топливного ядра, окончательно выбирают величину W, здесь

P / H 1,5 1 –

/dш – перепад давления на активной зоне.

145

ТЕМА 9. ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КИПЯЩИХ РЕАКТОРОВ

9.1. Задачи теплогидравлического расчёта водоохлаждаемого реактора

В энергетических ядерных реакторах теплота, генерируемая в топливе при
				У
его делении, отводится циркулирующим через активную зону теплоносителем.
Мощность	реактора	ограничена	теплопередающими	возможностями

теплоносителя. Поэтому для достижения высокой эффективности и безопасности

корпусные реакторы с некипящей водой типа ВВЭР,БканальныеНводографитовые реакторы с кипящей водой типа РБМК.

ядерной энергоустановки необходимо знать параметры процессов отвода

теплоты на всех этапах теплопередачи от активной зоны реактора до поступления
пара в турбину.	Т
К основным	типам отечественных энергетических реакторов относятся

Теплогидравлический расчет реакторов вместе с физическим, прочностным и экономическим служит для обоснован я проекта ядерной реакторной

установки, ее теплотехнической оптим зац			повышения ее теплотехнической
			й
надежности. При теплогидравлическом			асчете определяют распределение
расхода теплоносителя	по каналам	еактоиа, давления и паросодержания по
контуру циркуляции,	ы в элементах реактора, а также параметры
	р
оборудования первого кон ура ус ан вки.
Для проведен я поверочного		теплогидравлического расчета необходимо
	о

задавать исходные данные: технологическую схему первого контура, режимные
		температу
параметры,			онные и	теплотехнические	характеристики		активной
зоны, гидравлическиеихарактеристики элементов контура циркуляции,
теплофизические св йства материалов.
	з
На	стадиях		эскизного,	технического	и	рабочего	проектов
т плогидравлические			расчеты ведут с разной степенью детализации при
	конструкц

п номинальныхе араметрах, частичных нагрузках, при запуске и расхолаживании

Роптимальной конструкции реактора и назначения оптимальных режимных параметров. Они носят оценочный характер, а результаты расчетов сопоставляются с лимитирующими факторами: допустимой температурой теплоносителя, замедлителя, оболочки и сердечника твэлов. Температурный диапазон работы материалов в энергетических ядерных реакторах составляет

р актора, аварийных ситуациях.

Многовариантные проектные расчеты проводятся с целью выбора

146

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 однойУячейки

активной зоны реактора типа РБМК определяют как:

яч

(76)

гдеа - шаг решетки технологических каналов, м.

Количество ячеек в активной зоне N определяют по формуле (77).

Проходное сечение ТВС изображено на р сунке 30.

(77)

TBC

иTP 2

1- блок графитовой кладки; 2 – осевое отверстие для ТВС; 3 – площадь ячейки.

ис. 30. К определению площади ячейки в графитовых реакторах.

Гидравлический и тепловой периметры и соответствующие диаметры:

ПГ dBHTP

nd2

dЦ

(78)

4 STBC

(79)

ПГ

ПТЕПЛ d2 n

(80)

147

Рис. 31. Схематический разрез канала реактора РБМК-1000

dTEПЛ

4 S

TBC

(81)

ТЕПЛ

В приведенных формулах приняты следующие обозначения:

ГР

d ВН -внутренний диаметр трубы рабочего канала, мН;п - число твэлов в

канале; d2 -

наружный диаметр оболочки твэла,

м; dц - диаметр центральной

трубки ТВС, м.

9.2.1 Определен е коорд наты точки закипания

Определение

координаты точки

зак пания,

как

и весь тепло-

гидравлический расчет, выполняется для одного канала: со средней тепловой

нагрузкой. При выполнении расчета канал

асчленяется на участки длиной ДЖ.

Длина участка, как правило, принимается равной расстоянию между

дистанционирующими

реше ками

рисунок1.3.

Расчетный

сечениям

присваиваются числовые значенияокоординаты2.При этом при расчете реактора

РБМК в отличие

от

ложенного ранее для

реактора

ВВЭР в

качестве

координаты Z=0 пр н мают сечение на входе в канал. Вычислительный процесс

по определении к

рдинаты точки

закипания носит

итерационный

характер.

Схема алг ритмазэт й процедуры изображена на рисунке 1.4.

При

ределении координаты точки закипания и в последующих расчетах

давления

н обходимо

рас олагать рядом

характеристик теплофизических

свойств

т плоносит ля. Для определения теплофизических свойств теплоносителя в

т хнологич ском		канале предварительно	принимают величину перепада
	в немДР= 0,2......0,4 МПа. По известным давлениям на входе и выходе
( вых	= Рвх_-	ДР) определяются соответствующие этим давлениям
Ртеплофизические		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

−

плотность воды и пара на линии насыщения

, кг/м3;

−

скрытая теплота парообразования

r ,кДж/кг;

−

коэффициенты

соответственно

динамической

кинематической

, Па·с;

вязкости:

, м /с;

−

коэффициент поверхностного натяжения

, Н/ч;

−

температура насыщения

S , °С;

−

коэффициент теплопроводности

, кВт/(м·К);

−

изобарная теплоемкость CP

, кДж/(кг·К).

1 - зазор между верхней и нижней ТВС; 2 - д станционирующие решетки

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

воды

9.2.2 Определение теплофизических свойств воды

Для выполнения дальнейших расчетов необходимо также располагать

теплофизическими

свойс вами

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:

о0.5(

)

p 0.5(PBX

PВЫХ )

0.5( ВХ

)

е− 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

Рис. 33. Схема алгоритма определения координаты конца участка

п д грева теплоносителя до температуры насыщения

9.2.3 Определение координаты точки канала закипания

О р деление координаты точки канала закипания ведется итерационным

способом (см. рисунок 1.4) на основании формулы:

zП

(82)

ВХ ВХ

[кДж/(кг·МПа)], которая определяется по данным [7] с помощью формул приближенного численного дифференцирования [14 ]:

150

<<< < Предыдущая 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 2715 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.04.201917.85 Mб49Balakovskaya - Вспомогательные системы РО-مفتوح.pdf
#
01.10.2019479.09 Кб4energies-11-01672.pdf
#
06.03.20195.45 Mб200ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ.pdf
#
28.03.201910.01 Mб62Ядерные энергетические реакторы.pdf