6. Сокращенный тепловой расчет ядерного реактора

Исходные данные:

- тип ЯППУ - полиблочная;

- мощность ЯПВ W=3000 МВт;

- параметры первого контура

Р=16 МПа

t _т ^{в х} =290 °С

t _т ^{в ы х} =325 °С

- параметры второго контура

Р=7 МПа

Т_пв= 230 °С

Тепловой расчет

8.1 Толщина отражателя нейтронов определяется как:

Т ≈ 1,5 М z² + τ =1,5М, см

где z² = 2,88², см² – квадрат длины диффузии нейтронов; τ=31,4 см² - условный возраст нейтронов.

М =z² +τ = 8,29 + 31,4= 6,3 см

Т =1,5·6,3 =9,5 см.

8.2 Компоновка активной зоны.

8.3 Выбор конструкции ТВЭЛ и его геометрических характеристик.

Эскиз ТВЭЛ представлен на рис. 8.1.

Рис. 8.1

1 - нижняя заглушка; 2 - разрезная втулка; 3 - топливная таблетка; 4 – оболочка; 5 - втулка; 6 - наконечник.

Геометрические характеристики ТВЭЛ

d=9,1 мм - наружный диаметр;

d_о=7,55 мм - внутренний диаметр (топливного сердечника);

δ =0,65 мм толщина оболочки;

δ_э=0,09 толщина зазора между топливным сердечником и оболочкой в несцепленном ТВЭЛ.

Выбираем конструкцию ТВЭЛ – несцепленный. Для несцепленных ТВЭЛ с топливом в виде UO₂ необходимо предусматривается компенсационный объем.

8.4 Выбираем ТВС шестиугольной формы.

Шаг ТВЭЛ с ТВС определяется для треугольной решетки :

где Х = f _твэл / πd²/4; φ - отношение объема замедлителя нейтронов к объему топлива в элементарной ячейке, принимаем φ = 1,7; ƒ_твэл - площадь поперечного сечения ТВЭЛ.

Для гладкого ТВЭЛ Х =1.

а = 0,952·9,11 + 1,17 = 12,76 мм,

Число ТВЭЛ принимаем 6 соответствии с конструкцией ТВС и мощностью реактора n = 318. Определяем площадь поперечного сечения ТВС

S_k=6a²/

где а=0,119 м - перпендикуляр, проведенный от центра шестиугольника до любой грани.

S_k=0,049.

8.5 Габаритный расчет активной зоны

8.5.1 Принимаем удельное энерговыделение активной зоны

q_v ^аз =110 МВт/м³.

8.5.2 Объем активной зоны

V=W / q_v ^аз = 27,3 м³ .

8.5.3 Размеры активной зоны находятся из

V=(π _* D²)/(4· H), м

При этом оптимальное соотношение принимаем Н = 0,925D

Н = 0,925·3,35 = 3,1 м.

8.5.4 Площадь поперечного сечения активной зоны

S_аз = (π·D²)/4 = (3,14·3,35²)/4 = 8,8 м

8.5.5 Число кассет в активной зоне :

N_k = S_aз/ S_к

где S_к =S_аз = 0,049

N_k = 8,8/0,049 =179

N_К^Р = 151 - число кассет по эскизу [1].

8.5.6 Средняя плотность теплового потока теплообменной поверхности ТВЭЛ

q = (к₁·W ·10⁶)/F_аз, Вт/м³

где К=0,93 - доля энерговыделения в топливе

q = (0,93·3000·10⁶)/4253,4 = 0,66 · 10⁶, Вт/м³.

Полученное значение входит в допустимый предел q= (0,5 - 1,0) · 10⁶, Вт / м².

8.5.7 Среднее удельное энерговыделение в топливной композиции

q_v^T = (к₁ · W·10⁶)/V_Т, Вт/м³

V_т = ((π·d₁/4) · Н·N_к^р·n = ((3,14·0,0091²)/4) ·3,1·151·318 = 9,7 м³

q_v^T = (0,93·3000·10⁶)/9,7 = 288,3·10⁶, Вт/м³.

Полученное значение меньше допустимого предела q_v^T =(400-1000) ·10⁶, Вт/м².

8.5.8 Массовый расход теплоносителя

G_т = (W·10⁶)/с_р(t_т^вх – t_т^вых), кг/с(т/ч)

где - с_р, Дж/(кг ·град) - средняя теплоемкость теплоносителя, с_р= 5,84

G_Т = (3000·10⁶) / (5,84·10³· (325-290)) = 14,68·103 кг/с.

Средняя скорость теплоносителя в рабочих каналах

υ= G_Т / (S_Ж · ρ ) = V_т / S_Ж, м/с

где S_Ж = N_к^р (S_к - ((π·d²)/4)·n), м² - живое сечение для прохода теплоносителя S_Ж = 4,3 м²

υ= (14,68·1074,3·747) = 4,6, м/с

8.5.10 Определение габаритных размеров корпуса реактора и диаметра патрубков. Эти размеры находятся из уравнения сплошности

G_Т = υ·S·р, кг/с

Y_т = υ·S, м³/с

Принимаем геометрические размеры D_вн = 4,12 м и D_п= 0,85 м и расчитываем проходные сечения S.

S_Ж = (π/4)(D²_вн – D²_аз) = 3,14/4 (4,12² - 3,35²) = 4,5 м².

Объемный расход

V_т = G_т/р = 14680/747 = 19,65 м³/с.

тогда скорость теплоносителя в реакторе

υ = V_т / S_ж = 19,65/4 = 4,9 м³/с.

Скорость теплоносителя в патрубке рассчитывается с учетом количества патрубков, т.е. у реактора 4 патрубка, а значит расход на один составит

V_т^п = V_т/n_пт= 19,65/4 = 4,9 м/с

S_жпт = π/4D²_н = (3,14/4) ·0,85² = 0,57 м² .

Скорость воды в патрубке

υ = V_т^п/ S_{ж пт} = 4,9/0,57 = 8,6 м/с.