Физический расчет ядерного реактора
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?здействия.
Высокая теплопроводность.
Коррозионная и эрозионная стойкость в теплоносителе и совместимость с ядерным топливом.
Толщину оболочки выбирают, исходя из условий обеспечения достаточной прочности. Она составляет 0,2-0,4 мм для стальных и 0,4-0,8 мм для циркониевых и алюминиевых оболочек.
Нержавеющие стали обладают высокой механической прочностью, коррозионной стойкостью, хорошими технологическими свойствами.
Наибольшее распространение получили хромоникелевые нержавеющие стали: OXI8H9T, 1X18H9T.
Состав стали 1X18H9T следующий: железо - 70,7%, хром - 18%, никель - 9%, титан - 0,8%, марганец - 1,5%. Плотность стали - 7,95 г/см3.
Нержавеющая сталь надежно и длительно работает в воде при температурах до 360-400 C.
Стали показали хорошую совместимость с различными видами ядерного топлива.
1.5 Топливные кассеты и сборки
Кассета - это конструктивный ансамбль из ТВЭлов, который должен обеспечить установку, размещение и извлечение ТВЭлов, а также надежное их охлаждение.
Кассета состоит из следующих частей:
Рабочая часть - ТВЭлы, свободно размещенные в узлах дистанцирующих решеток.
Концевые детали - головка и хвостовик - для захвата при перегрузке и для крепления кассеты, в активной зоне.
Корпус кассеты.
2. Предварительный тепловой расчет
.1 Выбор рабочих параметров
Диаметр ТВЭЛ: 1.26 [см]
Толщина оболочки ТВЭЛов: 0.03 [см]
Число ТВЭлов в кассете: n=7
Размер ячейки под ключ: 25 [см]
Диаметр рабочего канала: Dр.к= 10 [см]
2.2 Предварительный расчет
Схема расчета реактора на тепловых нейтронах начинается с предварительной оценки размеров активной зоны, которые обеспечили бы нужный теплосъем при заданной мощности аппарата.
Перед расчетом реактора необходимо выбрать шаг решетки, конструкцию, размеры и материалы тепловыделяющих элементов, их число в канале или кассете.
В гетерогенных реакторах максимально допустимая тепловая нагрузка qmax на поверхности тепловыделяющих элементов является важным параметром, который определяет размеры активной зоны при заданном шаге решетки.
Для предварительных расчетов можно вместо величины qmax использовать обобщенные данные для средней удельной энергетической нагрузки.
Исходя из требуемой мощности реактора, размеры активной зоны можно оценить следующим образом:
, [см3],(2.1)
, [см],(2.2)
, [см],(2.3)
где Vакт.з., Dакт.з., Hакт.з. - объем, диаметр, высота активной зоны;- отношение высоты к диаметру, обычно m = 0,8 - 1,0;- заданная мощность реактора;
h - коэффициент учитывающий увеличение объема реактора вследствие размещения регулирующих стержней.
Коэффициент отличается от единицы, если регулирующие стержни занимают отдельные ячейки реактора (h = 1,1-1,3).
Максимальная удельная объемная нагрузка активной зоны:
,(2.4)
где KV - объемный коэффициент неравномерности тепловыделения.
Обычно для теплового реактора с однородной активной зоной 2-3.
Максимально допустимая тепловая нагрузка:
, [Гкал/м2ч],(2.5)
где - периметр тепловыделяющей поверхности одного ТВЭла, [см]- число ТВЭлов в кассетеяч - площадь сечения ячейки, [см2].
Необходимая для отвода тепла скорость определяется в максимально напряженно тепловыделяющем элементе из уравнения баланса тепла:
, [м/с],(2.6)
где n - скорость теплоносителя на входе, [м/с]- осевой коэффициент неравномерности (Kz = 1,2 - 1,5)- площадь сечения прохода теплоносителя, приходящаяся на один элемент, [см2]
g - удельный вес теплоносителя при рабочих параметрах, [г/см3]
Di - разность теплосодержания теплоносителя на выходе, ккал/кг.
Если теплоемкость Cp [ккал/кгград] не зависит от температуры, то:
.(2.7)
В противном случае величину теплосодержания как функцию параметров теплоносителя следует определять по специальным таблицам или графикам.
Для проведения расчета были приняты следующие величины:
Заданная тепловая мощность N = 2200 МВт
Среднеинтегральное значение мощности Вт/см3
Коэффициент увеличения активной зоны
Отношение высоты к диаметру
Объемный коэффициент неравномерности KV = 2
Осевой коэффициент неравномерности Kz = 1,5
С учетом данных величин были получены следующие результаты:
Объем активной зоны:
Диаметр активной зоны:
,
Высота активной зоны:
,
Максимальная удельная объемная нагрузка активной зоны:
,
Максимально допустимая тепловая нагрузка:
Где ,
,
,
Необходимая скорость прокачки теплоносителя:
Где
,
, ,
,
.
Таким образом, получившаяся скорость прокачки теплоносителя удовлетворяет установленным требованиям (50<n < 80 м/с - для газов).
3. Физический расчет реактора
Целью физического расчета является главным образом выбор рациональной конструкции реактора и обогащение горючего с точки зрения осуществления реакции деления и удобства управления ею.
3.1 Ядерно-физические характеристики "холодного" реактора
Поскольку ячейка реактора состоит из нескольких зон с различными ядерными свойствами, необходимо рассчитать нейтронно-физические характеристики (сечения взаимодействия, коэффициенты диффузии, замедляющие свойства) для каждой зоны (горючее - UO2, оболочка - сталь 1Х18Н9Т, трубы, теплоноситель He, замедлитель - C). Температура всех элементов реактора принимается равной 20С.
Вычисление ядерн