Максимальное значение температуры топлива в твэле средней мощности
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 3
«Оценка эффективной температуры в
стерженьковых ТВЭЛах»
по дисциплине “Физика ядерных реакторов”
вариант задания №39
Выполнил студент гр. 5021
| ______________
| Пендюрин И.А.
| Проверил доцент
| ______________
| Кузьмин А. В.
|
Томск 2016
Определение компоновки и поверхностный тепловой поток
Таблица №1 – Исходные данные к расчету урано-водной решетки
МВт
|
мм
|
мм
| Тип
решетки
| Вид
топлива
| %
|
|
МПа
| Толщина
Оболочки ТВЭЛа
|
| 8,5
| 12,4
| К
| U
|
|
| 15.5
| 0.6
|
Так как тепловая мощность больше 2000 МВт, то далее будем ссылаться на прототип ВВЭР-1000, в ТВС которого 312 стержней. Характеристика АЗ ВВЭР-1000:
Таблица №2 Параметры реактора ВВЭР-1000
Общее число мест (
|
| Число ТВЭЛ-ов (
|
| Число ПЭЛ-ов (
|
| Центральные каркасные трубки (далее ЦКТ) (
|
| Толщина оболочки ( мм
| 0,6
| Толщина водяного зазора между ТВС ( мм
|
| Размр ТВС под ключ ( мм
|
|
Температура теплоносителя для ВВЭР 1000 составляет:
На входе:
На выходе:
Выбираем удельную энергонапряженность: : Тогда объем активной зоны определится как:
Зная объем АЗ, можно с легкостью определить диаметр АЗ, считая, что форма реактора – ограниченный цилиндр. Для ВВЭР-1000 стандартная высота активной зоны составляет тогда:
Определим также площадь поперечного сечения в АЗ:
Необходимо найти поперечную площадь ТВС. Для упрощения расчёта считаем размеры ПЭЛ и центрального канала равными размерам ТВЭЛ. Толщину водяного зазора между ТВС принимаем равной Тогда:
Число ТВС определиться как:
Рис.1. Активная зона с квадратной решеткой
Уточним количество ТВС при помощи схемы изображенной на Рис.1. На ней видно, что для того, чтобы выполнить активную зону реактора так, чтобы размеры АЗ были
в пределах вычисленных значений и расположение ТВС было симметрично, возможно использовать максимум 269 ТВС.
Уточняем объем активной зоны и энергонапряженность:
Расчет эффективной температуры топлива в общем случае требует численного решения многомерной задачи. Для оценки эффективной температуры топлива в стержневых ТВЭЛ-ах можно воспользоваться полуэмпирической формулой:
Где:
максимальная температура на поверхности топливного стержня,
максимальная температура в центре топливного стержня.
Не учитывая выделения тепла в замедлителе, найдем средний по реактору поверхностный тепловой поток или поверхностный тепловой поток в кассете средней мощности:
Рис.2. Пример выполнения АЗ реакторов PWR и ВВЭР
Нахождение коэффициента теплоотдачи
Для расчета коэффициента теплоотдачи необходимо определить характерные размеры решетки, а также некоторые критерии подобия, которые помогут выбрать на расчетную формулу для коэффициента теплоотдачи. Считаем относительный шаг решетки:
Проходное сечение приходящееся на один твэл равно объему воды на 1 см активной зоны в эквивалентной ячейки (Sтн). По параметрам теплоносителя определяем его теплофизические свойства, используя для этого программу “WaterSteamPro”.
Коэффициент теплоотдачи в пучках стержней примем постоянным по высоте, а рассчитывать будем по упрощенным зависимостям:
Расчет коэффициента теплоотдачи итерационный:
1 итерация
Данное значение сильно отличается от ранее рассчитанного, поэтому перейдем к следующей итерации:
2 итерация
Максимальная температура стенки ТВЭЛа не должна превышать температуру насыщения ТН при . Это означает, что запас до закипания 13,19 .
Максимальное значение температуры топлива в твэле средней мощности
где множитель, корректирующий значение потока на средний диаметр оболочки;
толщина и коэффициент теплопроводности оболочки;
диаметр топливной таблетки;
λзаз – коэффициент теплопроводности газа, которым заполняется газовый зазор;
Процесс расчета максимального перепада температуры на оболочке твэла итерационный. В первом приближении примем температуру на внутренней стенке оболочки
Процесс расчета максимального перепада температуры на оболочке ТВЭЛа итерационный. В первом приближении примем температуру на внутренней стенке оболочки:
1 итерация
Тогда средняя температура оболочки:
Максимальный перепад температуры на оболочке ТВЭЛа примем равной:
Процесс расчета перепада температуры в газовом зазоре также итерационный.
В первом приближении примем температуру сердечника:
Тогда средняя температура газового зазора:
Толщину газового зазора примем:
Тогда диаметр топливной таблетки:
Видим, что рассчитанное сильно значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и повторим расчет до схождения значений:
Перепад температуры в газовом зазоре примем равным:
Максимальный радиальный перепад в топливном сердечнике твэла при постоянной теплопроводности и, учитывая распределение тепловыделения по радиусу цилиндрического ТВЭЛа в виде модифицированной функции Бесселя:
Это выражение можно записать в виде:
Если пренебречь зависимостью профиля распределения плотности потока тепловых нейтронов, значение которого в поверхностных слоях топлива более высокое, и взять среднее значение энерговыделения, то получим:
Металлический уран:
Процесс расчета температуры топливного сердечника итерационный. В первом приближении примем температуру топливного сердечника:
Тогда средняя температура сердечника:
Видим, что рассчитанное значение значительно отличается от принятого в первом приближении, поэтому примем полученное значение в качестве истинного и будем повторять расчет до схождения значений.
Температуру топливного сердечника примем равной:
Определим распределение температуры на и по формуле:
Рис.3. Распределение температур в ТВЭЛе
Вывод:
В работе проведен расчет эффективной температуры топлива в стержневом ТВЭЛе реактора. Параметры теплоносителя подбирались по заданному давлению, поэтому они соответствуют параметрам теплоносителя ВВЭР – 1000. По этой причине ВВЭР – 1000 был выбран в качестве реактора-прототипа. Была скомпонована активная зона с высокой тепловой мощностью и невысокой энергонапряженностью.
Рассчитанная максимальная температура горючего , не превышает температуры плавления металлического урана, примерно равной а эффективная температура горючего находится в пределах между максимальной температурой горючего и максимальной температурой стенки топливного сердечника , что подтверждает правильность расчета.
Литература
1. ВВЭР-1000: физические основы эксплуатации, ядерное топливо, безопасность/ А.М. Афров, С.А. Андрушечко, В.Ф. Украинцев и др. – М.: Университетская книга, Логос, 2006. – 488 с. + 16 с. цв. вкл.
2. Владимиров В.И. Физика ядерных реакторов: Практические задачи по их эксплуатации. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ»,
2009. – 480 с.
3 Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352с.
4. Кириллов П.Л., Богословская Г.П. Тепломассообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов; 2-е изд., перераб. – М.: ИздАт, 2008. – 256 с
5. Кириллов П.Л., Терентьева М.И., Денискина Н.Б. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: Учебное справочное пособие для студентов специальностей: 14.03.05 – Ядерные реакторы и энергетические установки, 14.04.04. – Атомные электрические станции и установки / Под общ. ред. проф. П.Л.Кириллова; 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ИздАт, 2007. – 200 с
6. Определение эффективной температуры топлива реактора на тепловых нейтронах: методические указания к выполнению инди-видуального домашнего задания по дисциплине «Физика ядерных реак-торов» для студентов, обучающихся по специальности 141403 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг»/ сост. А.В. Кузьмин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 41 с.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|